弹用涡喷发动机快速起动涡轮结构设计与分析

论文摘要

快速起动是弹用涡喷发动机的一项重要战技指标要求,本文提出了一种新型的快速起动方法,重点开展了该方案整体式涡轮结构总体设计、三维实体建模、应力强度分析及振动分析等方面的研究。首先,对弹用涡喷发动机常用快速起动方案进行介绍,提出了一种新的起动方法,在原有涡轮盘基础上不改变气动性能条件下,在盘壁面增加起动端齿,利用火药燃气冲击起动端齿,带动发动机涡轮和压气机加速,达到快速起动目的。其次,进行了整体式涡轮结构总体设计,基于UG软件,进行了涡轮三维实体建模。然后,进行了整体式涡轮强度分析,重点对涡轮叶片根部、安装孔、起动端齿根部等容易产生应力集中的地方进行了研究,结果表明快速起动整体式涡轮在力学性能上比原涡轮盘更优。最后,本文分析了快速起动涡轮盘在不同条件下的振动特性,提出了一种工程上容易实现消除涡轮盘共振发生的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外相关研究工作进展
• 1.2.1 涡轮部件应力分析
• 1.2.2 涡轮盘振动分析
• 1.2.3 计算分析软件
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 快速起动方案及涡轮结构总体设计
• 2.1 弹用涡喷发动机涡轮结构设计要求
• 2.2 弹用涡喷发动机快速起动系统方案
• 2.2.1 弹用涡喷发动机的起动过程
• 2.2.2 火药燃气冲击式起动模型
• 2.2.3 快速起动系统方案
• 2.3 快速起动涡轮盘结构总体设计
• 2.3.1 涡轮盘结构设计特点
• 2.3.2 快速起动涡轮盘结构总体设计
• 2.3.3 涡轮端齿设计
• 2.3.4 材料选择
• 2.3.5 加工方法选择
• 2.4 基于UG 的整体涡轮实体造型
• 2.4.1 叶轮实体造型分析
• 2.4.2 叶片几何模型
• 2.4.3 轮盘及整体涡轮实体
• 2.5 小结
• 第三章 整体式涡轮结构强度分析
• 3.1 整体式涡轮受力分析
• 3.1.1 整体式涡轮受力特点
• 3.1.2 强度分析方法
• 3.2 静应力分析线性模型
• 3.2.1 静应力分析模型
• 3.2.2 热应力分析模型
• 3.2.3 有限元分析网格
• 3.2.4 材料参数
• 3.2.5 载荷及边界条件
• 3.3 结果分析
• 3.3.l 离心静应力结果分析
• 3.3.2 热应力结果分析
• 3.3.3 离心力和热应力综合结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 整体式涡轮结构振动分析
• 4.1 振动分析方程
• 4.1.1 弹性结构动力学分析方程
• 4.1.2 旋转体有限元形式动力学分析方程
• 4.2 振动模态分析方法
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 整体涡轮的静频及其振型
• 4.3.2 温度场对叶轮振动特性影响分析
• 4.3.3 温度场与离心应力对涡轮振动特性的共同影响
• 4.3.4 涡轮盘叶共振特性分析
• 4.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果