题目：航空发动机管路系统振动和密封特性研究

 

航空发动机管路系统由输液导管、卡箍组件、连接件等元件组成。其遍布整个航空发动机，源源不断地把燃油和滑油等介质输送到发动机的各个部位。管路系统的工作可靠性直接关系到发动机的正常运转。影响航空发动机管路系统工作可靠性的问题主要涉及管路系统振动、连接副密封失效两个方面，这是与设计直接相关的两个方面。本文针对航空发动机管路系统从振动特性和连接副密封特性两方面分别开展了理论和试验研究。

组成管路系统元件的动力特性，决定了管路系统的振动特性。在本文的管路系统振动特性研究中，包含四部分内容：输液导管固有特性有限元模拟、输液导管固有特性试验研究、管路系统有限元建模和响应特性分析，以及系统减振设计。

在固有特性有限元模拟方面，采用三种不同的模拟方法分析了典型航空发动机输液导管的固有特性。首先描述了三维声弹流固耦合有限元方程，给出了考虑不同流固耦合的、导管的有限元模拟方法；然后，分别以航空发动机管路系统的典型直管和弯管为研究对象，计算和分析了不同模拟模型所得到的输液导管固有特性和基本规律，讨论了各种模拟方法的主要特点；接着，研究了不同单元类型和导管尺寸等对固有特性的影响；最后，给出了航空发动机管路系统中的导管建模建议。

在固有特性试验研究方面，采用脉冲锤击法测量了典型输液导管的固有特性。首先，设计了航空发动机典型管路的瞬态锤击法模态试验系统和测试方法。然后，进行了固有模态振动测试得到典型直管和弯管的模态频率，并对测试结果进行了分析。最后，将固有频率测试结果和附加质量-管单元计算得到的固有频率结果进行了对比，验证了附加质量-管单元模拟方法的合理性。

在航空发动机管路系统建模和振动特性分析方面，首先提出管路系统及其各组成元件的有限元建模模拟方法，并给出管系固有特性、响应和概率振动特性的分析方法。接着，采用试验测试方法确定了带金属橡胶衬垫柔性卡箍的刚度数值。然后，建立了某典型航空发动机管路系统的有限元模型，并分析了其激励和载荷环境。最后，计算了该典型管路系统的固有特性、响应特性和概率振动特性，并总结了航空发动机复杂管路系统振动的特点。

在航空发动机管路系统减振设计方面，首先给出了航空发动机管路系统振动评价方法，然后提出了针对系统的激励和固有模态特点而进行相应减振设计的方法，并给出了利用振动特性灵敏度分析和优化设计相结合的技术进行快速减振设计的技术路线，最后以典型管路系统为例，采用提出的减振方法进行管路系统的抗共振和振动响应抑制研究。

在本文的连接副密封特性研究方面，包含两部分内容：管路连接副多体接触有限元建模，连接副锥面密封特性研究。

在管路连接副多体接触有限元建模方面，首先对连接副的结构组成以及工作状态进行了分析，然后引入接触分析在ANSYS软件中的实施步骤及关键参数。最后，建立了管路连接副的接触有限元模型，并对连接副预紧状态的力学特性进行了计算。

在管路连接副锥面密封特性分析方面，首先建立了管路锥面连接副的等效力学模型，采用该模型研究了各连接件间的等效力学关系，并分析了连接副的密封性机理，提出了连接副密封特性的“预紧-松弛-泄漏”基本规律。然后，利用管路连接副多体接触有限元模型，计算和分析了预紧、预紧-拉伸和工作状态三种情况下密封面接触状态的变化规律，并从不同侧面讨论了管路锥面连接副“预紧-松弛-泄漏”基本特性。