某航空发动机控制器用隔振器的设计方法与试验研究

摘要

控制器是航空发动机的重要部件之一，其可靠性直接影响到发动机乃至整个飞机的可靠性。在工作过程中，控制器会受到多种振动和冲击载荷的影响，如飞机做机动动作或着陆时产生的冲击载荷、发动机转子系统产生的窄带正弦载荷和背景激励产生的宽带随机载荷等。为了保证控制器在复杂振动环境下能够正常工作，一般有两种解决办法：一种是直接对控制器进行加固设计，另一种是采用隔振抗冲击技术，在控制器和安装位置之间增加隔振器。第一种方法的成本较高，作用也十分有限，而第二种方法相对容易实现，并且装置结构简单，已在国内外的航空发动机中获得了广泛的应用。在国内的航空发动机控制器中，隔振器的设计主要依靠经验及试验来完成，缺乏正向的理论设计方法和流程，难以保证研制产品的进度，以及产品的稳定性和可靠性。因此，需要对控制器使用的隔振器进行深入研究，以建立科学的隔振器正向设计的理论和方法。
　　本文以某航空发动机控制器使用的GQJ型隔振器为研究对象，综合采用理论分析方法和试验测试方法对其进行研究，论文的主要工作和贡献如下：
　　1、建立了隔振器的正向设计理论和设计流程。按照隔振器的正向设计思路，分别研究了锥形弹簧的轴向特性和横向特性、隔振器分析模型的建立方法、隔振器的在静平衡状态时的变形和应力、隔振器在动态受载过程中的变形和应力，以及隔振器的疲劳寿命估算方法，最终形成了隔振器的正向设计流程。
　　2、应用所建立的正向设计流程，对隔振器进行正向优化设计。在设计参数较多、参数变化范围较大的情况下，分别采用正交试验设计方法、均匀试验设计方法和穷举法进行正向优化设计，在两种试验设计方法中均进行了两轮设计，首轮设计先在较大的范围内进行，之后缩小设计参数范围进行下一轮更为精密的设计。对比三种方法给出的设计结果，发现对应设计参数的取值都比较接近，说明试验设计方法是有效的，可以取代效率较低的穷举法对隔振器进行正向设计。考虑到加工的不确定性，分析了设计参数的灵敏度，以及隔振器设计方案的稳健性。
　　3、对最终选定的设计方案进行加工，并对加工的隔振器进行特性测试和寿命测试。首先，测试隔振器的弹簧特性、干摩擦力和动力特性，并与设计状态进行对比；其次，从加工的隔振器中选择满足设计要求且性能基本一致的四个隔振器，进行加速试验，来考核隔振器的寿命；最后，再次测试加速试验后的隔振器，对比试验前后隔振器的性能参数的变化，并观察分析弹簧断口的形貌，确定弹簧的断裂方式，给出提高隔振器寿命的几点建议。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究目标及意义

1.5 论文的内容及结构安排

第二章 隔振器正向设计理论

2.1 正向设计思路

2.2 设计参数的选择和参数设计方法

2.3 锥形弹簧力学模型

2.4 隔振器的建模及力学测试

2.5 隔振器静态特性分析

2.6 隔振器动态特性分析

2.7 锥形弹簧疲劳寿命估算

2.8 正向设计流程

2.9 本章小结

第三章 基于正向设计流程的某隔振器设计

3.1 正向设计流程的实现

3.2 设计方案的筛选及确定

3.3 设计参数的灵敏度分析

3.4 设计方案的稳健性检查

3.5 本章小结

第四章 隔振器的试验验证

4.1 单个隔振器的静动力学性能测试

4.2 加速试验用隔振器的选择

4.3 模拟实际工况的加速试验考核

4.4 加速试验考核后隔振器的静动力学性能测试

4.5 隔振器的测试结果分析及改进措施

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文主要工作总结

5.2 后续研究及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录