[发明专利]气压修正真空膜盒实现压力-位移特性设计方法

说明书

气压修正真空膜盒实现压力‑位移特性设计方法，基于轴尖焊接结构的气压修正真空膜盒的弹性敏感元件膜片，弹性敏感元件膜片为以圆弧外波加单个梯形波基础型面的膜片结构，通过膜片压力‑位移特性关系式计算出弹性敏感元件膜片的厚度h；将厚度h与膜片的工作直径D和厚度h的关系曲线图进行对比，确定厚度h是否满足刚度要求；将比值D/h和弹性敏感元件膜片的压力P与D/h的关系破坏曲线进行比对，判断膜片是否满足强度要求；根据配套系统给出的真空膜盒的径向工作空间尺寸，分配膜片梯形平中心顶高H2与支座和轴尖的高度，膜片梯形平中心顶高H2大于单个膜片的位移值W，膜片梯形平中心顶高H2小于膜片平中心最小直径对应的高度值。

技术领域

本发明涉及燃油系统领域，特别涉及气压修正真空膜盒实现压力-位移特性设计方法。

背景技术

发动机的重要工作系统燃油系统，其工作是否正常，直接影响发动机以及飞行器的可靠性和安全性。燃油调节器作为燃油系统的核心附件，是通往燃烧室的燃油流量直接进行调节的最基本的流量调节器，是实现发动机各种状态供油量进行调节以合理地配合发动机的工作状态的机构。同时也是故障高发区。航空发动机燃油流量调节器在膜盒老化和变计量油孔磨损、堵塞的故障模式下的供油量。由于发动机的供油量仅取决于燃油通道截面积A和计量油针前后的油压差驻P，但同时改变这两个参数控制供油量，调节过程将非常复杂。计算表明：对于燃油流量调节堵塞的影响十分显著。膜盒作为测量压力或压差时，需要的输出参数是位移W。利用经验公式计算膜盒组件中自由端的输出位移为W＝(n1c1+n2c2)(Fp-2+c3n1c1)(24)式中：n1、n2分别为开口膜盒和真空膜盒的个数；c1、c2分别为开口膜盒和真空膜盒的特性系数；c3为经验系数；Fp为膜盒绝对压缩量相关量Fp＝P3f-P22.5n1c1n1c1+n2c2。燃油流量调节器中的膜盒组件在长期使用后容易老化，直接影响薄膜的压缩性，即使膜盒的系数c1、c2变大。膜盒老化后在相同工作环境下，燃油流量调节器的供油量会比正常情况下的偏多。膜盒老化对燃油流量调节器的供油特性影响不大；而变计量油孔的磨损、堵塞则对其特性的影响十分显著。如果燃油流量调节器中的变计量油孔磨损，就会造成其面积增大；如果变计量油孔发生堵塞，则其面积减小。当膜片的两面受到不同的压力或力的作用时，膜片向压力低的一面应变移动，使其中心产生与压力差成一定关系的位移。研制与生产满足特定要求的气压修正真空膜盒是一项复杂的任务。若要求膜盒位移与被测压力呈线性关系，相对较易达到，而在20km～30km高度时，要求位移与所测量的大气高度呈线性关系就不容易了。膜盒位移W与测量大气高度H基本呈线性关系，当P﹣H从760mmHg均匀减小时，其位移急剧增加，呈现强烈的渐增特性，使这种膜盒的试制十分困难。由于波纹膜片参数很多，又相互制约，所以使得它的设计很复杂，波纹膜片的参数主要指两方面，一是膜片参数，二是型面参数，膜片参数主要有膜片材料，膜片厚度和膜片工作直径等，型面参数是指与膜片波纹形状有关的参数，主要有波纹深度、波纹形状、边缘波纹、型面锥度、波纹倾角、波距等，波纹膜片型面有时为了调节膜片的特性，将膜片的型面做成一定的锥度或者球面度。在设计高度表的真空膜盒时，经常利用型面锥度来提高在真空时膜盒的灵敏度。锥型和球型膜片参数很多，特别是大挠度非线性微分方程组，在数学上求解极其困难，以往的理论计算可以分为两类：一类是采用壳体或者扁壳的大挠度，或者小挠度方程来求解。另一类是将波纹壳或者波纹圆板看成是结构上的正交各向异性壳或者正交各向异性圆平板，采用正交各向异性壳或者正交各向异性圆平板的大挠度或者小挠度)方程来进行研究。对于波纹圆板，它得到的特征缺少中心挠度的偶次项，因而不能反映载荷反向时波纹壳(圆板)不同的刚度特征,而当波纹数较少及挠度较大时，这种差别可以是显著的，不能用于研究波纹壳(圆板)的应力分布和局部失稳现象，只能解决分段均匀的波纹壳(圆板)问题，即每个波的波纹深度、波纹形状必须一致，而不能解决带有边缘波纹、波纹深浅不同的波纹壳问题。由于壳体大挠度方程本身的非线性和复杂性，增加了求解难度。