飞机空气导管系统结构优化研究

摘要

飞机空气导管系统是飞机环境控制系统的重要组成部分，贯穿于机身重要部位，是连接气源和用气系统之间的桥梁和纽带。空气导管在工作过程中会受到多种载荷与约束的作用，如果应力集中则会引起空气导管的形变和疲劳破裂，这不仅会影响环境控制系统功能的实现，还会给管系周围其他系统带来安全隐患，因此空气导管系统需要具有较高的可靠性。本文以某型飞机空气导管引气系统为例，基于传热流动特性分析、应力特性分析、管系补偿三方面对引气系统进行结构优化研究，主要内容如下：
　　（1）对引气系统进行了管内传热流动特性计算分析，确定了空气导管在运行过程中管内气体的压力和温度变化情况，即除在阀门与预冷器处外，管内气体的压力和温度变化基本可以忽略不计；
　　（2）确定空气导管运行过程中所受到的载荷及约束，建立引气系统梁单元计算模型，基于有限元法对引气系统模型进行静力学分析，确定引气系统应力集中区域为弯管部分，应变较大的区域为制冷包所在的支路管道末端；
　　（3）对空气导管引气系统应力集中区域单独建模，并进行静力学分析，研究了弯管的相关参数对应力集中区域应力特性的影响；同时建立基于波纹管补偿器与温度补偿器补偿两种情况下的弯管段模型，并进行计算分析，研究两种补偿器的补偿效果及其影响因素，并对两种方式的补偿效果进行了比较；
　　（4）通过添加温度补偿器及拉杆对引气系统进行结构优化后，对其进行静力学分析，并进行部件与工况的校核，确定优化效果。
　　研究结果表明，可在管系设计初期通过减小管道壁厚，降低弯管曲率半径与管道外径比值，增大弯管弯曲角度与减小管道外径，以及在后期添加温度补偿器与拉杆对空气导管系统进行有效的结构优化。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外空气导管技术的研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第二章 引气系统管内传热流动特性计算分析

2.1 引言

2.2 建立引气系统仿真模型

2.3 引气系统稳态计算分析

2.4 本章小结

第三章 引气系统初步应力特性计算分析

3.1 引言

3.2 空气导管有限元计算模型

3.3 空气导管系统外载荷的处理方法

3.4 空气导管引气系统建模

3.5 引气系统计算工况

3.6 空气导管引气系统初步应力特性计算分析

3.7 本章小结

第四章 空气导管引气系统应力集中区域影响因素研究

4.1 引言

4.2 弯管参数对应力集中区域应力特性的影响

4.3 基于波纹管补偿器的弯管部分应力特性计算分析

4.4 基于温度补偿器的弯管部分应力特性计算分析

4.5 本章小结

第五章 基于应力补偿和位移补偿的引气系统结构优化研究

5.1 引言

5.2 位移和应力补偿

5.3 部件校核

5.4 其他工况校核

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 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