[发明专利]一种基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法

说明书

本发明涉及一种基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法，对目前常见的发动机机匣包容结构特征分别进行了考虑，对于加筋机匣以及双层机匣，修正了传统破坏势能法的误差，为机匣包容性设计提供了更加可靠的经验公式；对于织物缠绕金属机匣，建立的织物包容能力与层数关系的经验公式，为设计机匣外缠织物提供了参考；对于树脂基复合材料机匣，建立了材料包容能力与厚度关系的经验公式，为设计树脂基复合材料机匣提供了参考。

技术领域

本发明属于航空发动机机匣包容设计领域，具体涉及一种轻质机匣包容性设计方法。

背景技术

进行机匣包容性设计时，通常先根据理论公式或者经验公式进行初始厚度的设计。理论公式通常基于能量守恒方法或者动量守恒方法获得，而经验公式通常根据大量实验结果或实际工程应用得到。国外科研机构对叶片包容性问题开展了大量的研究工作，总结出较多的包容性计算公式，如破坏势能法、包容曲线法、宽弦风扇叶片机匣最小厚度法等，国内航空发动机叶片包容性计算主要采用英国EGD-3标准中的包容曲线法和俄罗斯破坏势能法。

目前，航空发动机金属机匣中常采用加强筋结构、双层结构或者芳纶织物缠绕的方案，复合材料机匣常采用树脂基复合材料，加强筋、双层结构、织物缠绕结构、树脂基复合材料结构作为机匣的关键特征对机匣包容性影响难以定量描述，破坏势能法对加筋靶板以及双层结构靶板的预估误差均在百分之三十左右，而波音公司以及NASA提出的关于Kevlar包容机匣的经验公式参数不明，无法应用。因此，现有的机匣结构仍没有合适的包容性设计方法。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法。

为达到上述目的，本发明提供的基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法可采用以下技术方案：

一种基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法，所述轻质机匣为加筋机匣；建立加筋机匣基于吸能参数的包容性经验公式：

其中E_c为加筋机匣临界包容能量，m为飞脱叶片质量，v_c为该叶片重量下机匣的临界包容速度；β₁为“I”型加筋系数；β₂为“L”型加筋系数，；β₃为“T”型加筋系数；t为不考虑加筋结构的机匣厚度；L为与机匣碰撞的叶片外截面周长；τ_D为机匣材料动态剪切强度；K为弯曲变形经验系数；n为剪切变形经验系数；通过上述公式计算得到包容质量为m的飞脱叶片的最大转速为v_c；将v_c与v比较，其中v＝ωr，r为飞脱叶片质心距离转轴的距离；若v_cv，该加筋机匣不能包容质量为m的叶片以ω的转速飞脱；若v_c≥v，该加筋机匣能够包容质量为m的叶片以ω的转速飞脱。

本发明提供的基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法还可采用以下技术方案：

一种基于吸能参数的轻质机匣包容性设计方法，所述轻质机匣为双层机匣；建立双层机匣基于吸能参数的包容性经验公式：

其中E_c′为双层机匣临界包容能量，m为飞脱叶片质量，v_c为该叶片重量下机匣的临界包容速度；为无量纲双层机匣间距，γ为双层结构修正系数；L为与机匣碰撞的叶片外截面周长；τ_D为机匣材料动态剪切强度；K为弯曲变形经验系数；n为剪切变形经验系数；t₁为内层机匣厚度，t₂为外层机匣厚度；H为内层机匣与外层机匣的平均间距；