航空发动机强度设计系统建设与应用

辛志东 聂彦平 路天乐

摘 要：结构强度的设计是航空发动机设计和开发的重要组成部分。为了建立适合航空发动机强度设计的系统平台，根据航空发动机设计系统建设要求和航空发动机强度设计的实际工作，提高设计能力，提出了“过程驱动和部件集成”平台建设思路，通过在系统构建过程中执行过程模型带来的任务，实现电阻设计系统的工程应用，能够有效地利用方法 围绕适用性、易用性和实用性的指导思想构建和优化强度设计系统，构建适合强度设计专业的设计系统，重点解决将工作流程、设计资源、任务、数据管理与系统应用到强度设计中去进行模型开发。

关键词：强度设计;设计体系;要素集成;流程模板;航空发动机

前言

航空发动机是飞机上最重要的部分之一，被人们称为“皇冠上的宝石”，它对飞机的性能、经济性及可靠性有着重要的影响，能够很直观的体现一个国家的综合国力。目前，世界上只有少数国家能够独立研制航空飞机，能独立研制高性能航空发动机的国家只有美国，英国，俄罗斯等几个国家，可见航空发动机的技术门槛很高。航空发动机的发展是航空动力学、传热、燃烧、固体力学、材料科学和电子技术等学科共同发展的结果。航空发动机是一种高温高速机械产品。结构强度的设计对其性能和可靠性具有非常重要的影响，并且与材料和制造工艺密切相关。分析了发动机结构的发展趋势和强度分析技术的研究方向，以及强度分析技术的发展与材料之间的相互依存关系和相互作用。

今天的航空发动机结构要按静态极限（和屈服）强度、发动机结构的疲劳强度（裂纹起裂）、结构的动强度、受损伤结构的剩余静强度、动强度、受损伤结构的疲劳寿命（检查时间间隔）、热应力等进行分析和设计。

一、航空发动机设计保护准则

1.涡轴发动机的动力涡轮

在动力涡轮轴异常断裂的情况下，由于负载迅速减少，气体继续在动力涡轮叶片上工作，动力涡轮转子转速迅速提高，可能导致涡轮盘沿中午表面断裂，高速盘断裂可能释放大量能量，造成破坏如果涡轮叶片的某些部位安装了保护圈，它可以保证涡轮转子的正常运转，并在车轮断裂前断裂。刀片破了以后，她失去了工作能力同时，在不平衡力的作用下，转子和定子之间会有接触间隙，从而降低动力涡轮的转速。由于涡轮机外壳可能包含飞盘，因此可以避免灾难性的损坏。这种保护特别适用于多引擎飞机。

2.油泵的输入轴

输入轴将功率传递给油泵。如果由于某种原因（例如油泵进入油泵时）锁定金属外壳，如果油泵输入轴的力过高，油泵将继续强制工作，油泵中的摩擦磨损会增加金属外壳，这可能会导致因此，油泵进口轴的中心段直径相对较小，设计目的应是：在正常情况下，进口轴应具有足够的力将功率传递给油泵，以便油泵正常工作。在异常情况下，如星形，油泵必须在损坏前失效，因此不能继续向油泵输送功率。在这种情况下，可以通过简单维护使油泵恢复正常运行，从而提高成本效益。

二、关键技术实现

1.流程模板的建立与持续完善

发动机强度的设计过程反映在航空发动机的整个开发阶段。这些项目包括软件、规格、说明、文档模板、清单等，存储在系统库中。在创建新模型时，这些元素按链接进行调用，以确保数据的唯一性和可用性。最后，应用于项目的流程模板是系统的核心。指派任务并指定扫描任务类型后，您可以标识唯一的流程模板，并指定唯一的规范、说明、文档模板和工作流。使用流程模板，可以在规划、分发、执行和报告的所有级别上控制工作的准确性和标准化。然后，系统会改进工作流模板中多个小版本的工作方式。它制定相关的实施规则，同时进行个性化的故障排除、测试和前期设计模型研究，基本上保证了模型整个研发周期的复盖范围，结果应用于科学研究。强度设计系统的建立间接有助于建设构成部分和平台，并在实施过程中帮助建设和分享强度设计系统的成果。

2.以流程为牵引的工作任务模式实现

当经理/团队负责人指派任务时，在识别流程模板时指派唯一的规范、策略、文档模板和流程。设计者使用工艺步骤作为执行项目，使用校验表作为控制项目，使用说明、规范、基准作为指导项目，使用规范和精确的力设计任务，同时提高生产率。在系统中，任务根据工作要求进行转移，以满足实际工作要求。在设计者工作时，项目经理/团队经理可以同时检查当前项目的组成、完成情况和质量状态。

3.强度設计

在工程数据库构建过程中，生成的数据作为技术数据直接构成数据库。根据强度设计的要求，系统中有一个强度设计数据库、一个故障数据库和一个基于强度设计数据绘制结果的测试数据库。要管理的资料会储存在适当的资料库中，并可储存在不同的元件和分析程序中。（1）力设计数据主要包括：原始设计输入、几何模型、有限元网格模型、载荷信息、仿真结果、关键结果、分析报告等。储存的资料可能会因元件和分析程序而异。（2）强度故障排除数据主要包括程序数据、故障类型、故障时间、故障报告等重要故障排除信息。（3）强度试验数据主要包括强度试验的原始数据、试验规范、试验总结报告等。

4.可动态扩展的数据库技术实现

（1）工艺模型可根据不同设计阶段的不同设计特点快速调整，并可涵盖发动机整个寿命周期的强度设计活动，包括设计、布置、试验和预设计。与此同时，新的知识和经验可以迅速融入这一进程，从而促进知识的积累、传播和应用。（2）数据树最初只包含基本框架。正式使用将根据开发的模式增加。当有新模板可用时，可以从类似的模板结构快速生成该模板，以满足工作和隐私要求。按照强度设计标准9大施工规程，满足专业调整需要。（3）资源池可以快速扩展和适应实际使用需求，以适应资源数量和类型的不断增加。（4）系统枚举条目可以根据需要扩展，不会因系统僵化而引起二次开发问题。在构建电阻设计系统时，应事先对电阻设计系统与研发集成平台及其他系统之间的集成解决方案进行研究，以便为系统的进一步集成提供技术支持，同时考虑到系统之间的数据交换。

结束语

综上所述可知，航空发动机强度设计系统是航空发动机设计系统的一个重要组成部分。随着设计系统平台的建立，强度设计将包括以流程为导向的活动、对规格/准则的参考、核对表和各种模式限制，以及由经验数据库支持的高标准技术活动。这有助于提高强度设计的技术水平和管理水平，提高设计成功率和工作效率，最终实现稳步有序地提高结构强度设计能力的目标。

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