燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法与流程

1.本发明属于航空发动机的技术领域，尤其涉及一种燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法。


背景技术：

2.燃烧室机匣是航空发动机中重要的承力构件，它在高温、高压等恶劣环境下工作。据统计，燃烧室机匣发生的故障主要为裂纹、变形、失稳等，其中由疲劳引起的外机匣裂纹故障较为严重，占比最大。燃烧室机匣裂纹如果扩展到大量漏气或机匣爆破开裂，后果十分严重，曾发生过机毁人亡的一等事故。因此，要求燃烧室机匣在设计定型前，须完成低循环疲劳试验考核(gjb-241、gjb-242)。
3.在航空发动机定型考核试验中，工程上，通常采用“0-最大状态点-0”循环作为考核试验的当量循环，然后采用损伤等效原则将所有重型、中型及轻型寿命设计循环换算为当量循环，最后根据线性损伤叠加原理确定当量循环次数，制定出低循环疲劳试验载荷谱，如图1所示。
4.该试验载荷谱设计方法能考核到发动机燃烧室机匣工作过程中各类循环总损伤，满足机匣低循环疲劳寿命的考核要求，但也存在以下不足：
5.采用单一当量循环试验载荷谱仅能考核同类型循环载荷的损伤/破坏形式，不能充分考核发动机工作中其余类型循环载荷造成的损伤/破坏形式。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供的燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法，解决现有技术中的试验载荷谱设计粗放，不能充分考核发动机工作中其余类型循环载荷造成的损伤/破坏形式，致使试验的精度较低的技术。
7.提供一种燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法，所述方法包括：
8.s101:解析燃烧室机匣的寿命设计要求，明确寿命设计要求中规定的各寿命设计循环及其次数；
9.s102:根据所述寿命设计要求确定燃烧室机匣寿命设计循环的机匣工作载荷；
10.s103:基于所有寿命设计循环对应的机匣工作载荷，开展燃烧室机匣损伤分析，分析各寿命设计循环损伤值，并结合寿命设计循环次数，按损伤等效原则，将同一类型所有寿命设计循环当量换算为某一当量循环，并确定该当量循环次数；
11.s104:根据所确定的各类当量循环及其次数，确定出包含各类当量循环的试验载荷块谱及其个数；
12.s105:将各类当量循环的循环数量进行线性整理，整理后，进行数据存储或输出。
13.本发明的有益效果：
14.本发明的方法包括燃烧室机匣低循环疲劳寿命设计要求解析，明确燃烧室机匣各寿命设计循环的对应工作载荷；开展燃烧室机匣各寿命设计循环下的低循环疲劳损伤分
析，并分类型对寿命设计循环进行当量换算，获取各类当量循环及其次数；根据换算后的各类当量循环确定试验载荷块谱及其个数；最终确定能够代表所有要求寿命设计循环的试验载荷谱。所获取的燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱更为接近发动机实际用法，能够全面、完整地模拟机匣在不同类型循环载荷下的工作条件，试验考核更为合理，满足精细化设计要求，具有工程应用意义。并且，该方法能同时考核燃烧室机匣工作中各类型循环载荷造成的损伤/破坏形式，考核方式相较于目前工程应用方法更为全面、可靠，适用于不同型号的航空发动机燃烧室机匣疲劳试验载荷谱设计，具备良好的工程适用性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1现有技术中的燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱示意图；
17.图2本发明流程示意图；
18.图3本发明试验载荷谱示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
20.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
22.如图2所示，燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法，所述的方法包括：
23.s101:解析燃烧室机匣的寿命设计要求，明确寿命设计要求中规定的各寿命设计循环及其次数，具体的，参见表1，
[0024][0025]
表1
[0026]
寿命设计要求包括重型、中型和轻型三类循环，重型、中型和轻型三类循环均包含多个循环载荷。
[0027]
s102:根据寿命设计要求确定燃烧室机匣寿命设计循环的机匣工作载荷，具体的：机匣工作载荷至少包括压力、温度场、安装边轴向力和安装边扭矩；
[0028]
s103:基于所有寿命设计循环对应的机匣工作载荷，开展燃烧室机匣损伤分析，分析各寿命设计循环损伤值，并结合寿命设计循环次数，按损伤等效原则，将同一类型所有寿命设计循环当量换算为某一当量循环，并确定该当量循环次数，具体的：根据损伤等效原则，将所有寿命设计循环中同一类型下的寿命设计循环及循环次数进行当量换算，换算步骤包括：
[0029]
a)分析计算燃烧室机匣在重型、中型和轻型循环类型中所有的循环载荷下的寿命设计循环损伤值；
[0030]
b)确定所需换算的当量循环载荷峰值点状态，将最大载荷点或者最低循环次数的载荷峰值点确定为当量循环载荷的峰值点，并将停车、慢车和巡航状态确定为重型、中型和轻型循环当量循环载荷的谷值点；
[0031]
c)根据所述当量循环峰值点和谷值点分析计算燃烧室机匣在重型、中型和轻型当量循环载荷下的当量循环损伤值；
[0032]
d)根据寿命设计循环损伤值和当量循环损伤值，采用损伤等效法计算出不同类型的损伤等效换算系数；
[0033]
e)根据燃烧室机匣的寿命设计循环次数和损伤等效换算系数，通过叠加计算出当量循环载荷的试验循环次数。
[0034]
进一步的，各类当量循环次数包括重型当量循环次数ni、中型当量循环次数n
ii
和轻型当量循环次数n
iii
，确定所述重型当量循环次数ni依据为发动机寿命设计要求的重型循环总损伤与重型当量循环总损伤等效；
[0035]
中型当量循环次数n
ii
和轻型当量循环次数n
iii
确定原则与重型当量循环次数ni的原则相同，依据为发动机寿命设计要求的所对应的循环总损伤与对应的当量循环总损伤等
效。
[0036]
s104:根据所确定的各类当量循环及其次数，确定出包含各类当量循环的试验载荷块谱及其个数，具体的：
[0037]
确定重型循环数量ni、中型循环数量n
ii
和轻型循环数量n
iii
，并满足：
[0038]
重型当量循环“停车-当量循环载荷峰值点-停车”数量：ni＝ni/ni＝1；
[0039]
中型当量循环“慢车-当量循环载荷峰值点-慢车”数量：n
ii
＝n
ii
/ni；
[0040]
轻型当量循环“巡航-当量循环载荷峰值点-巡航”数量：n
iii
＝n
iii
/ni。
[0041]
进一步的，各类当量载荷循环数量要求均为整数，若未能除尽而存在小数，则向上取整，以保证试验达到燃烧室机匣寿命考核要求。
[0042]
s105:将各类当量循环的循环数量进行线性整理，整理后，进行数据存储或输出，具体的：
[0043]
如表2所示，各类循环的循环数量进行线性整理，整理后，进行数据存储或输出：
[0044][0045]
表2
[0046]
列出试验载荷谱中所包含的各类循环数量以及该试验载荷谱所应开展次数，见表2，给出试验载荷谱示意图，并进行存储或数据输出。该方法按照载荷类型及载荷量级，将发动机任务剖面中寿命循环归并为重型、中型和轻型循环，从而考核燃烧室机匣不同类型循环载荷对不同危险位置的损伤影响，试验考核贴近实际用法，考核更为合理，满足精细化设计要求，具有工程应用意义。
[0047]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法，其特征在于，所述方法包括：s101:解析燃烧室机匣的寿命设计要求，明确寿命设计要求中规定的各寿命设计循环及其次数；s102:根据所述寿命设计要求确定燃烧室机匣寿命设计循环的机匣工作载荷；s103:基于所有寿命设计循环对应的机匣工作载荷，开展燃烧室机匣损伤分析，分析各寿命设计循环损伤值，并结合寿命设计循环次数，按损伤等效原则，将同一类型所有寿命设计循环当量换算为某一当量循环，并确定该当量循环次数；s104:根据所确定的各类当量循环及其次数，确定出包含各类当量循环的试验载荷块谱及其个数；s105:将各类当量循环的循环数量进行线性整理，整理后，进行数据存储或输出。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，s101中的寿命设计要求包括重型、中型和轻型三类循环，所述重型、中型和轻型三类循环均包含多个循环载荷。3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，s102中包括：确定出的燃烧室机匣寿命设计循环的机匣工作载荷，至少包括压力、温度场、安装边轴向力和安装边扭矩。4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，s103中包括：根据损伤等效原则，将所有寿命设计循环中同一类型下的寿命设计循环及循环次数进行当量换算。5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，换算步骤包括：a)分析计算燃烧室机匣在重型、中型和轻型循环类型中所有的循环载荷下的寿命设计循环损伤值；b)确定所需换算的当量循环载荷峰值点状态，将最大载荷点或者最低循环次数的载荷峰值点确定为当量循环载荷的峰值点，并将停车、慢车和巡航状态确定为重型、中型和轻型循环当量循环载荷的谷值点；c)根据所述当量循环峰值点和谷值点分析计算燃烧室机匣在重型、中型和轻型当量循环载荷下的当量循环损伤值；d)根据寿命设计循环损伤值和当量循环损伤值，采用损伤等效法计算出不同类型的损伤等效换算系数；e)根据燃烧室机匣的寿命设计循环次数和损伤等效换算系数，通过叠加计算出当量循环载荷的试验循环次数。6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，s103中包括：各类当量循环次数包括重型当量循环次数n
i
，中型当量循环次数n
ii
和轻型当量循环次数n
iii
，确定所述重型当量循环次数n
i
依据为发动机寿命设计要求的重型循环总损伤与重型当量循环总损伤等效；中型当量循环次数n
ii
和轻型当量循环次数n
iii
确定原则与重型当量循环次数n
i
的原则相同。7.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，s104中包括：确定单个载荷块谱中重型循环数量n
i
中型循环数量n
ii
和轻型循环数量n
iii
，并满足：n
i
＝n
i
/n
i
＝1
n
ii
＝n
ii
/n
i
n
iii
＝n
iii
/n
i
。

技术总结
本发明的燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱设计方法，属于航空发动机领域，包括燃烧室机匣低循环疲劳寿命设计要求解析，明确燃烧室机匣各寿命设计循环的对应工作载荷；开展燃烧室机匣各寿命设计循环下的低循环疲劳损伤分析，并分类型对寿命设计循环进行当量换算，获取各类当量循环及其次数；根据换算后的各类当量循环确定试验载荷块谱及其个数；最终确定能够代表所有要求寿命设计循环的试验载荷谱。所获取的燃烧室机匣低循环疲劳试验载荷谱更为接近发动机实际用法，能够全面、完整地实现机匣在不同类型循环载荷下的试验考核要求，试验考核更为合理，满足精细化设计要求，具有良好的工程应用意义。的工程应用意义。的工程应用意义。


技术研发人员：罗辅欢 张少平 田洪宇 黄翔龙 庞燕龙 陈妍妍 张涛
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/7/13