航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

辛志東 聶彥平 路天樂

摘 要：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和開發(fā)的重要組成部分。為了建立適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平臺(tái)，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)建設(shè)要求和航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的實(shí)際工作，提高設(shè)計(jì)能力，提出了“過程驅(qū)動(dòng)和部件集成”平臺(tái)建設(shè)思路，通過在系統(tǒng)構(gòu)建過程中執(zhí)行過程模型帶來的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)電阻設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工程應(yīng)用，能夠有效地利用方法 圍繞適用性、易用性和實(shí)用性的指導(dǎo)思想構(gòu)建和優(yōu)化強(qiáng)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)，構(gòu)建適合強(qiáng)度設(shè)計(jì)專業(yè)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，重點(diǎn)解決將工作流程、設(shè)計(jì)資源、任務(wù)、數(shù)據(jù)管理與系統(tǒng)應(yīng)用到強(qiáng)度設(shè)計(jì)中去進(jìn)行模型開發(fā)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)度設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)體系;要素集成;流程模板;航空發(fā)動(dòng)機(jī)

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上最重要的部分之一，被人們稱為“皇冠上的寶石”，它對(duì)飛機(jī)的性能、經(jīng)濟(jì)性及可靠性有著重要的影響，能夠很直觀的體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力。目前，世界上只有少數(shù)國(guó)家能夠獨(dú)立研制航空飛機(jī)，能獨(dú)立研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家只有美國(guó)，英國(guó)，俄羅斯等幾個(gè)國(guó)家，可見航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)門檻很高。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展是航空動(dòng)力學(xué)、傳熱、燃燒、固體力學(xué)、材料科學(xué)和電子技術(shù)等學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)果。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高溫高速機(jī)械產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)對(duì)其性能和可靠性具有非常重要的影響，并且與材料和制造工藝密切相關(guān)。分析了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)和強(qiáng)度分析技術(shù)的研究方向，以及強(qiáng)度分析技術(shù)的發(fā)展與材料之間的相互依存關(guān)系和相互作用。

今天的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)要按靜態(tài)極限（和屈服）強(qiáng)度、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度（裂紋起裂）、結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度、受損傷結(jié)構(gòu)的剩余靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、受損傷結(jié)構(gòu)的疲勞壽命（檢查時(shí)間間隔）、熱應(yīng)力等進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)保護(hù)準(zhǔn)則

1.渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力渦輪

在動(dòng)力渦輪軸異常斷裂的情況下，由于負(fù)載迅速減少，氣體繼續(xù)在動(dòng)力渦輪葉片上工作，動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速提高，可能導(dǎo)致渦輪盤沿中午表面斷裂，高速盤斷裂可能釋放大量能量，造成破壞如果渦輪葉片的某些部位安裝了保護(hù)圈，它可以保證渦輪轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并在車輪斷裂前斷裂。刀片破了以后，她失去了工作能力同時(shí)，在不平衡力的作用下，轉(zhuǎn)子和定子之間會(huì)有接觸間隙，從而降低動(dòng)力渦輪的轉(zhuǎn)速。由于渦輪機(jī)外殼可能包含飛盤，因此可以避免災(zāi)難性的損壞。這種保護(hù)特別適用于多引擎飛機(jī)。

2.油泵的輸入軸

輸入軸將功率傳遞給油泵。如果由于某種原因（例如油泵進(jìn)入油泵時(shí)）鎖定金屬外殼，如果油泵輸入軸的力過高，油泵將繼續(xù)強(qiáng)制工作，油泵中的摩擦磨損會(huì)增加金屬外殼，這可能會(huì)導(dǎo)致因此，油泵進(jìn)口軸的中心段直徑相對(duì)較小，設(shè)計(jì)目的應(yīng)是：在正常情況下，進(jìn)口軸應(yīng)具有足夠的力將功率傳遞給油泵，以便油泵正常工作。在異常情況下，如星形，油泵必須在損壞前失效，因此不能繼續(xù)向油泵輸送功率。在這種情況下，可以通過簡(jiǎn)單維護(hù)使油泵恢復(fù)正常運(yùn)行，從而提高成本效益。

二、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1.流程模板的建立與持續(xù)完善

發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)過程反映在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)開發(fā)階段。這些項(xiàng)目包括軟件、規(guī)格、說明、文檔模板、清單等，存儲(chǔ)在系統(tǒng)庫(kù)中。在創(chuàng)建新模型時(shí)，這些元素按鏈接進(jìn)行調(diào)用，以確保數(shù)據(jù)的唯一性和可用性。最后，應(yīng)用于項(xiàng)目的流程模板是系統(tǒng)的核心。指派任務(wù)并指定掃描任務(wù)類型后，您可以標(biāo)識(shí)唯一的流程模板，并指定唯一的規(guī)范、說明、文檔模板和工作流。使用流程模板，可以在規(guī)劃、分發(fā)、執(zhí)行和報(bào)告的所有級(jí)別上控制工作的準(zhǔn)確性和標(biāo)準(zhǔn)化。然后，系統(tǒng)會(huì)改進(jìn)工作流模板中多個(gè)小版本的工作方式。它制定相關(guān)的實(shí)施規(guī)則，同時(shí)進(jìn)行個(gè)性化的故障排除、測(cè)試和前期設(shè)計(jì)模型研究，基本上保證了模型整個(gè)研發(fā)周期的復(fù)蓋范圍，結(jié)果應(yīng)用于科學(xué)研究。強(qiáng)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建立間接有助于建設(shè)構(gòu)成部分和平臺(tái)，并在實(shí)施過程中幫助建設(shè)和分享強(qiáng)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)的成果。

2.以流程為牽引的工作任務(wù)模式實(shí)現(xiàn)

當(dāng)經(jīng)理/團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人指派任務(wù)時(shí)，在識(shí)別流程模板時(shí)指派唯一的規(guī)范、策略、文檔模板和流程。設(shè)計(jì)者使用工藝步驟作為執(zhí)行項(xiàng)目，使用校驗(yàn)表作為控制項(xiàng)目，使用說明、規(guī)范、基準(zhǔn)作為指導(dǎo)項(xiàng)目，使用規(guī)范和精確的力設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)提高生產(chǎn)率。在系統(tǒng)中，任務(wù)根據(jù)工作要求進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以滿足實(shí)際工作要求。在設(shè)計(jì)者工作時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)理/團(tuán)隊(duì)經(jīng)理可以同時(shí)檢查當(dāng)前項(xiàng)目的組成、完成情況和質(zhì)量狀態(tài)。

3.強(qiáng)度設(shè)計(jì)

在工程數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建過程中，生成的數(shù)據(jù)作為技術(shù)數(shù)據(jù)直接構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)中有一個(gè)強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、一個(gè)故障數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)基于強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)繪制結(jié)果的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。要管理的資料會(huì)儲(chǔ)存在適當(dāng)?shù)馁Y料庫(kù)中，并可儲(chǔ)存在不同的元件和分析程序中。（1）力設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括：原始設(shè)計(jì)輸入、幾何模型、有限元網(wǎng)格模型、載荷信息、仿真結(jié)果、關(guān)鍵結(jié)果、分析報(bào)告等。儲(chǔ)存的資料可能會(huì)因元件和分析程序而異。（2）強(qiáng)度故障排除數(shù)據(jù)主要包括程序數(shù)據(jù)、故障類型、故障時(shí)間、故障報(bào)告等重要故障排除信息。（3）強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要包括強(qiáng)度試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)、試驗(yàn)規(guī)范、試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告等。

4.可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）工藝模型可根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段的不同設(shè)計(jì)特點(diǎn)快速調(diào)整，并可涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)壽命周期的強(qiáng)度設(shè)計(jì)活動(dòng)，包括設(shè)計(jì)、布置、試驗(yàn)和預(yù)設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，新的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可以迅速融入這一進(jìn)程，從而促進(jìn)知識(shí)的積累、傳播和應(yīng)用。（2）數(shù)據(jù)樹最初只包含基本框架。正式使用將根據(jù)開發(fā)的模式增加。當(dāng)有新模板可用時(shí)，可以從類似的模板結(jié)構(gòu)快速生成該模板，以滿足工作和隱私要求。按照強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)9大施工規(guī)程，滿足專業(yè)調(diào)整需要。（3）資源池可以快速擴(kuò)展和適應(yīng)實(shí)際使用需求，以適應(yīng)資源數(shù)量和類型的不斷增加。（4）系統(tǒng)枚舉條目可以根據(jù)需要擴(kuò)展，不會(huì)因系統(tǒng)僵化而引起二次開發(fā)問題。在構(gòu)建電阻設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)事先對(duì)電阻設(shè)計(jì)系統(tǒng)與研發(fā)集成平臺(tái)及其他系統(tǒng)之間的集成解決方案進(jìn)行研究，以便為系統(tǒng)的進(jìn)一步集成提供技術(shù)支持，同時(shí)考慮到系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述可知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。隨著設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)的建立，強(qiáng)度設(shè)計(jì)將包括以流程為導(dǎo)向的活動(dòng)、對(duì)規(guī)格/準(zhǔn)則的參考、核對(duì)表和各種模式限制，以及由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)支持的高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)活動(dòng)。這有助于提高強(qiáng)度設(shè)計(jì)的技術(shù)水平和管理水平，提高設(shè)計(jì)成功率和工作效率，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步有序地提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)能力的目標(biāo)。

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