[发明专利]一种高温空气管路的热补偿设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机外部管路设计领域，特别涉及了一种高温空气管路的热补偿设计方法。

背景技术

从国内、外飞机和航空发动机的故障统计数据看，由于外部管路失效及附件问题引起的故障大约占总故障的一半以上，高居结构故障之首，可见外部管路的可靠设计对飞行安全至关重要。

发动机高温区的外部空气管路，在工作中即承受着气动载荷，又承受温度变化和发动机振动引起的交变应力综合作用，工作条件非常恶劣，极易因管路与机匣的变形不协调，产生疲劳破坏。由于温度变化和机匣线性膨胀引起的管路刚性固定处的热应力，会提高管路自身的应力集中和降低管路疲劳极限。而管路的强度储备系数与其疲劳极限成正比，疲劳极限的降低，必然导致强度储备系数的下降，从而影响到管路的工作可靠性和寿命。

目前，航空发动机高温空气管路传统设计方法，主要以经验为主，在结构形式上参照国外成熟的管路结构形式，缺乏高温管路的设计方法和热变形协调能力的评估方法。这导致设计的管路出现两方面问题：

一、热补偿能力不足。影响了管路的寿命，无法满足发动机的使用要求，甚至影响发动机的安全；

二、热补偿能力过剩。采用管路自身弹性变形进行热补偿的结构设计，补偿能力过剩会导致管路增加不必要的重量，占用空间过大，影响周围其它附件和管路、电缆的布置；同时导管内介质流阻损失也会相应增加，对发动机性能产生影响。

目前，采用管路自身弹性变形进行热补偿的设计方法尚未有人提出过。

发明内容

本发明的目的是降低航空发动机高温空气管路的应力水平，特提供了一种高温空气管路的热补偿设计方法。

本发明提供了一种高温空气管路的热补偿设计方法，其特征在于：所述的高温空气管路的热补偿设计方法，使用UG NX商用软件在其机械管线布置模块下，建立一个包含7种数学变量的管路几何模型（见图1），保存为*.prt格式文件；各数学变量的定义见表1；

利用UG NX软件的格式转换功能生成*.x_t格式文件；

利用有限元分析软件ANSYS调用*.x_t文件，生成*.db格式文件；

通过有限元分析软件ANSYS读取*.db格式文件，进行前处理，料参数按GH536给出，其中弹性模量E=187GPa，泊松比μ=0.3，线膨胀系数见表2，然后采用表3所列的边界条件施加位移边界条件和温度场载荷，计算得到管路的应力情况，见表4；

表2材料0Cr18Ni9的线膨胀系数