[发明专利]一种基于格栅式刚度和阻尼增强的航空发动机Z型轻质管路及制备方法

说明书

本发明公开一种基于格栅式刚度和阻尼增强的航空发动机Z型轻质管路及制备方法，包括格栅框架、蜂窝结构、层合结构、保护层；所述保护层包括内保护层和外保护层，安装在格栅框架的内外两侧；本发明的优点：格栅框架由格栅壁和轴向格栅壁通过榫卯结构连接而成，达到装配方便的要求，增强管路整体的强度，同时镂空设计的格栅壁达到轻量化的目的，并且镂空部分可填充上耐高温材料，保证格栅的耐高温性能要求。蜂窝结构由纤维腹板构成的空腹结构，腹板在栅格中与管壁法线平行，可增强管路的刚度。

技术领域

本发明属于航空发动机管路设计领域，具体涉及一种基于格栅式刚度和阻尼增强的航空发动机Z型轻质管路的设计。

背景技术

航空发动机管路发挥着输送燃料、润滑油、氧气等工作介质的作用，是航空发动机的重要组成部分，其通常可分为L、U和Z型管路，其中Z型管路构型更为复杂，其内部的油液在高温、高压和高速流体传输中，会不可避免地对管路内壁产生激励，管路内壁在流体激励下经常会产生振动超标、疲劳破坏等现象。为了抑制Z型管路内部的流致振动，其中的一个重要解决措施就是从管路的材料与结构一体化设计和制造入手，提出具有刚度和阻尼增强的新型Z型管路设计方法。另外，随着航空发动机不断追求高推重比和燃油经济性，管路结构设计还应需满足轻量化设计要求，即尽可能地多使用轻质复合材料。

格栅式结构具有刚度增强效果，但目前人们并未将该结构构型设计融入于航空发动机管路设计。例如，专利CN104589709A提出了一种轻质格栅结构夹芯板的制备方法，但该结构通过嵌锁式组装成的格栅只能较好的应用在平面结构的设计中，在曲面结构中，简单的嵌锁很难保证整体结构的稳定性和承载性能；专利CN208415666U为一种无龙骨实木格栅结构，利用简单的榫卯结构组装而成的格栅结构。这种设计方式虽然能保证整体结构的稳定性，但很难满足轻量化和刚度的要求，且如果这种方式应用到管路曲面结构设计中，必须在结构设计方面做出一定的改进。专利CN101799093A提供了一种纤维增强复合材料滤水管的结构设计，以各种纤维和无机颗粒料组成的复合材料为主体设计的管路，这种设计方式虽然可以提高管路的承载性能，但是却忽略了管路的刚度问题，而且这种材料的耐高温性能较差。专利CN208831906U提供了一种多层复合增强缠绕管及管路，通过沿管体的轴线方向间隔设置的空气腔来增强管路的刚度，这种设计思路会占用管壁大部分空间，使管壁过厚，而且难以保证整体结构的稳定性。专利CN103557381A提出了一种螺旋缠绕筋增强钢管制备方法，通过在管路外壁缠绕焊接加强筋的方式增强管路的刚度，这种方式会使管路重量过大，不符合轻量化设计需求，且不易安装。专利CN109494475A提供了一种具有增强雷达罩根部刚度的多层蜂窝结构，利用多层蜂窝结构增强整体的刚度，这种设计思路虽然能在增强整体结构的刚度的同时减轻重量，但是会使各部分结构连接不紧密，且不能同时提高刚度和阻尼的效果。另外，也有很多科研工作者提供了一些在管路等结构上增强阻尼效果的方法。例如，专利CN210196752U为一种阻尼减振装置，提供一种阻尼减震装置给管路减振，与专利CN207880206U类似，提供了一种管路抗振支吊架给管路减振，均不符合材料与结构一体化设计。专利CN108488532A提供了一种敷设约束阻尼减振结构的管路，专利CN204852755U为一种用阻尼套管隔振的管路，专利CN106433352A提供了一种用于喷涂内层的高铁车厢阻尼涂料，专利CN105273599A提供了一种舰船专用复合阻尼涂料，都是采用贴敷阻尼材料的方法增强阻尼，不符合材料与结构一体化设计与轻量化设计需求。综上所述，上述专利技术都难以满足同时提升航空发动机Z型管路刚度、阻尼的效果，进而实现减振和减重的双重目标。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于格栅式刚度和阻尼增强的航空发动机Z型轻质管路及制备方法。

本发明的技术方案是：

一种基于格栅式刚度和阻尼增强的航空发动机Z型轻质管路，其特征在于：包括格栅框架、蜂窝结构、层合结构、保护层；所述保护层包括内保护层和外保护层，安装在格栅框架的内外两侧；