树脂基复合材料外涵机匣结构设计与试验验证

摘要

为实现某航空发动机的减重目标,开展复合材料外涵机匣结构设计。依据总体设计要求,首先通过工作环境分析,完成了材料选择。其次开展机匣结构轻量化设计,基于经典层压板理论、蔡-希尔失效准则,开发了典型层合板极限强度的VBA计算程序,完成机匣壳体的铺层方案设计;通过UG二次开发,解决了金属安装座建模困难问题,提升了结构设计效率;通过在机匣壳体内壁面铺贴热防护膜和优化“卸荷腔”排气堵头结构等措施,完成机匣热防护设计。最后,完成了机匣装配性分析及热变形分析,并通过MATLAB编程实现了发动机工作任务剖面的外部载荷确定,完成典型结构及全尺寸机匣的静强度、疲劳试验验证。相比原钛合金机匣,新设计制造的复合材料外涵机匣减重效率达到27.8%,实现了设计目标;全尺寸试验和机匣的装机应用进一步验证了结构设计的可靠性。