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流固耦合作用下航空发动机燃烧室热疲劳研究
【作者】 张俊红 [1] 戴胡伟 [2] 鲁鑫 [2] 王杰 [2] 马梁 [2] 孙宇博 [3]
【关键词】 燃烧室 流固耦合 塑性应变 热疲劳
【摘要】针对某航空发动机在服役过程中出现的燃烧室基体开裂现象,研究了航空发动机的燃烧室热疲劳.通过三坐标扫描逆向建模获得了航空发动机的燃烧室三维模型,选取满足周期性对称条件的1/10扇形段燃烧室作为计算域,考虑流体域与固体域之间的相互作用,建立了某航空发动机燃烧室湍流燃烧流固耦合模型,对典型工况下燃烧室内流场进行了模拟,获得了燃烧室基体及热障涂层的温度分布,并对热障涂层外表面温度场与实际服役燃烧室热障涂层宏观样貌进行对比,验证了流固耦合计算的准确性;对燃烧室基体进行了非线性静力学分析,获得了燃烧室基体的应变分布,应变最大位置与燃烧室基体实际开裂位置对应;通过Manson-Coffin公式及线性累积损伤理论,计算得到了在典型工作循环下危险点的寿命.结果表明,随着发动机负荷的上升,燃烧室基体温度逐渐升高,在冷热气流的冲击下,掺混孔下游区域温度分布不均匀,使得该区域塑性应变较大从而导致掺混孔区域的低周疲劳破坏,危险点的最低寿命典型起落循环数为7126.
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