航空涡喷、涡扇发动机 结构设计准则 研究报告 第2册 轮盘PDF电子书下载

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第1章 绪论 1

第2章 载荷及载荷谱 3

2.1 引言 3

2.2 作用在盘类零件（主要是轮盘）上的载荷及其对盘类零件强度、刚度的影响 3

2.2.1 轮盘本身产生的离心负荷 3

2.2.2 轮盘外载荷 4

2.2.3 热负荷 6

2.2.4 协调负荷 10

2.2.5 压力差 10

2.2.6 扭矩 10

2.2.7 轴向力 11

2.2.8 陀螺力矩 11

2.2.9 盘与轴的过盈配合 11

2.2.10 振动载荷 11

2.3 载荷谱 11

2.3.1 转速谱 11

2.3.2 温度谱 18

2.3.3 驻留时间 21

2.4 载荷谱对轮盘关键部位寿命和强度的影响 21

2.4.1 轮盘关键部位的应力变化历程 21

2.4.2 轮盘关键部位 应力—应变循环特征及低循环疲劳 23

参考文献 25

第3章 典型结构及新结构 26

3.1 引言 26

3.2 压气机转子的结构和分析 26

3.2.1 大涵道比风扇转子的结构和分析 26

3.2.2 大涵道比增压级转子结构和分析 28

3.2.3 压气机转子结构和分析 28

3.2.4 篦齿式空气封严装置结构的改进 30

3.2.5 压气机转子盘与叶片的连接结构和分析 30

3.3 涡轮转子的结构和分析 32

3.3.1 高压涡轮转子和中、小涵道比发动机低压涡轮转子 32

3.3.2 大涵道比发动机低压涡轮转子 35

3.3.3 篦齿封严装置 35

3.3.4 转子与叶片的连接 36

3.4 盘类零件“关键特性”的确定 36

3.4.1 盘类零件“关键特性”的确立 36

3.4.2 “关键特性”在图纸上的标注 37

参考文献 37

附图 38

第4章 典型故障模式和影响分析（FMEA） 49

4.1 引言 49

4.2 典型故障模式、影响分析 49

4.2.1 轮盘低循环疲劳及其与高循环疲劳复合作用的裂纹故障 49

4.2.2 涡轮盘外径伸长 51

4.2.3 轮盘辐板屈曲变形故障 51

4.2.4 轮盘的破裂故障 51

4.2.5 轮盘振动开裂故障 52

4.3 轮盘的FMEA表 53

4.4 现役机种FMEA表形式 54

参考文献 54

第5章 设计准则 59

5.1 引言 59

5.2 设计准则的具体内容 60

5.2.1 足够的应力储备 60

5.2.2 防止轮盘破裂 62

5.2.3 防止有害变形 67

5.2.4 足够的低循环疲劳寿命 73

5.2.5 有初始裂纹及内部缺陷后应有足够的裂纹扩展寿命 83

5.2.6 防止有害的盘—片耦合共振与振动 99

5.2.7 防止轮盘屈曲 106

参考文献 107

第6章 设计分析方法 110

6.1 引言 110

6.2 设计分析方法 110

6.2.1 设计分析方法的分类 110

6.2.2 在发动机研制的各个阶段轮盘设计分析方法的选用 111

6.3 分析方法 113

6.3.1 常规计算方法 113

6.3.2 有限元和边界元分析 137

6.3.3 寿命计算 173

6.3.4 可靠度计算 187

参考文献 197

第7章 材料及工艺 199

7.1 引言 199

7.2 盘类零件的选材原则 199

7.2.1 基本原则 199

7.2.2 高可靠度 200

7.2.3 高强度 200

7.2.4 高耐久性 200

7.2.5 质量小 200

7.2.6 韧性好 200

7.2.7 抗氧化腐蚀能力强 200

7.2.8 加工性能 200

7.2.9 经济性好 200

7.3 典型盘类零件主要材料及其性能项目 201

7.3.1 目前国内已生产可供选择的主要材料 201

7.3.2 合金必须提供的材料性能项目 202

7.4 材料数据的可靠度要求 205

7.5 发展中的盘类零件材料及其性能特点 206

7.5.1 粉末冶金盘的现状与发展 206

7.5.2 粉末冶金盘的工艺特点及对材料特性的影响 207

7.5.3 国内外粉末冶金盘的主要性能和特点 208

7.5.4 粉末冶金盘的应用范围 209

7.6 关键工艺及它对材料性能影响分析 209

7.6.1 摩擦焊 209

7.6.2 电子束焊 210

7.6.3 扩散焊 210

7.7 热处理及表面保护 211

7.7.1 热处理 211

7.7.2 表面保护 212

7.8 材料组合参数性能分析 212

7.8.1 比强度σb/ρ 212

7.8.2 屈强比σb / 60.2 212

7.8.3 比断裂韧性K IC / σb 212

7.8.4 比刚度E/ρ 213

7.8.5 裂纹长度参数（KIC / σs）2 213

7.8.6 缺口光滑性能比（σntc / σsmo）2 213

7.9 不同盘类零件的材料选择 213

7.9.1 风扇盘及相应的转接鼓筒 214

7.9.2 低压压气机轮盘及相应的鼓筒 214

7.9.3 高压压气机轮盘及其随动件 214

7.9.4 涡轮盘及其随动件 214

7.10 发动机研制各阶段对材料的要求 214

7.10.1 探索研究阶段 214

7.10.2 先期发展阶段和工程研制阶段对材料的要求 215

参考文献 215

第8章 试验验证 216

8.1 引言 216

8.2 轮盘应力测量试验验证 217

8.2.1 轮盘子结构的试验验证 217

8.2.2 光弹性试验在轮盘应力测量验证试验中的应用 218

8.2.3 模型盘的验证试验 224

8.2.4 旋转试验器上进行轮盘应力测量试验 225

8.3 轮盘超转、破裂转速的试验验证 234

8.3.1 超转、破裂试验的目的及试验状态的模拟 235

8.3.2 超转、破裂试验 235

8.4 低循环疲劳寿命的试验验证 239

8.4.1 轮盘低循环疲劳寿命的试验验证及试验预测的原理和步骤 240

8.5 轮盘裂纹扩展寿命的试验验证 249

8.5.1 试验方案 249

8.5.2 试验实施 250

8.5.3 数据结果处理 252

8.5.4 临界裂纹长度的试验 253

8.6 轮盘其它验证试验 254

8.6.1 轮系的振动试验 254

8.6.2 辐板屈曲试验 255

8.7 整机试车中的轮盘 257

8.7.1 轮盘试验 257

8.7.2 整机试车中的轮盘试验项目 258

8.8 发动机各研制阶段试验验证项目 259

参考文献 260

第9章 评定标准 261

9.1 引言 261

9.2 应力标准 261

9.3 破裂转速储备 264

9.4 变形限制标准 267

9.5 盘—片耦合振动的限制标准 269

9.5.1 振动频率的限制 269

9.5.2 振动应力的限制 269

9.6 低循环疲劳寿命的规定 270

9.6.1 早期设计工作的设计任务循环的给定 271

9.6.2 预估寿命的安全储备 271

9.6.3 我国的国军标GJB-241-87中低循环疲劳寿命的规定 274

9.7 确定安全检查间隔和判废标准 274

参考文献 276

第10章 风险评估 277

10.1 引言 277

10.2 轮盘研制决策风险评定 277

10.2.1 明确研制要求 277

10.2.2 规定研制活动和研制方案 278

10.2.3 提出技术关键和评审要素 278

10.2.4 提供背景材料 281

10.2.5 聘请专家评审 282

10.2.6 统计分析 282

10.3 轮盘使用安全风限评定 282

10.3.1 轮盘破裂显著影响飞行安全风险 282

10.3.2 对轮盘安全风险的要求 283

10.3.3 轮盘安全风险评定方法 285

10.3.4 轮盘安全风险评定的主要内容 286

参考文献 290

第11章 计划网络 291

11.1 引言 291

11.2 探索研究 291

11.2.1 初步分析 292

11.2.2 详细设计 293

11.2.3 可行性试验和分析 293

11.3 先期发展 294

11.3.1 初步评定 294

11.3.2 部件设计和证实 295

11.3.3 试验验证 296

11.4 工程研制 296

11.4.1 确定要求 297

11.4.2 初步结构设计 297

11.4.3 试验器上的试验及修改 298

11.4.4 发动机环境下的试验验证 299

11.4.5 工作寿命的验证 300

参考文献 303

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