一种低压涡轮轴破坏扭矩及其修正系数的计算方法技术

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种低压涡轮轴破坏扭矩及其修正系数的计算方法，提供了一种尺寸计算值代入传统公式的计算方法，并且引进的计算修正值，通过提供不同的尺寸计算值提高了传统的低压涡轮轴破坏扭矩的准确预测，同时提出了超高强度压涡轮轴的扭矩修正系数的获取方法，以及参数取值建议，避免超高强度钢低压涡轮轴在工作中出现扭转破坏，提高航空发动机安全性和可靠性。提高航空发动机安全性和可靠性。提高航空发动机安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种低压涡轮轴破坏扭矩及其修正系数的计算方法


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种低压涡轮轴破坏扭矩及其修正系数的计算方法。

技术介绍

[0002]低压涡轮轴是航空发动机关键件，连接风扇单元体和低压涡轮单元体，其主要作用是将高温高压燃气在低压涡轮转子产生的扭矩传递给风扇单元体，从而驱使风扇不断地压缩空气进行高效燃烧。现代航空发动机通常为双转子结构(结构布局简图见图1)，低压涡轮轴需穿过核心机与风扇单元体连接，低压涡轮轴的长度范围通常为1.5m～2m，且径向方向与核心机需留有一定的间隙防止发生碰磨，故外径尺寸通常小于Ф120mm；此外，受到航空发动机重量指标的限制，低压涡轮轴通常设计为空心结构，壁厚一般为5mm～8mm。材料方面，小涵道比航空发动机低压涡轮轴工作环境温度较高、传递扭矩较小，材料通常为结构钢或高温合金；大涵道比航空发动机低压涡轮轴工作环境温度较低、传递扭矩较大，材料通常为超高强度钢。
[0003]材料为超高强度钢的大涵道比发动机低压涡轮轴具有极限强度高、长径比大及空间尺寸受限等特点，但该材料存在耐温能力差、延展性差等缺点，故其在工作扭矩作用下发生扭转破坏的风险较高，现有破坏扭矩计算公式是基于结构钢/高温合金低压涡轮轴试验数据总结而来，能够较好的适用于小涵道比航空发动机低压涡轮轴破坏扭矩计算，但大涵道比航空发动机低压涡轮轴材料通常为超高强度钢，材料、加工工艺及热处理要求等均与小涵道比发动机不同，无法准确预测超高强度钢低压涡轮轴的破坏扭矩，甚至无法保证破坏扭矩计算结果是保守的，存在破坏扭矩计算结果大于实测结果的问题，采用现有技术方案设计出来的超高强度钢低压涡轮轴无法保证工作中不发生扭转破坏，从而影响航空发动机的可靠性。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本申请提供了一种低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，选取低压涡轮轴中最薄处的轴薄壁段的外径D；
[0005]选取所述低压涡轮轴中最薄处的轴薄壁段的内径d；
[0006]作轴薄壁段的内径与外径之比λ；
[0007]取作为尺寸计算值；
[0008]代入轴的破坏扭矩公式中M
TD
＝0.47W
K
σ
sr
(1.35ψ+K)计算低压涡轮轴的破坏扭矩；
[0009]其中，M
TD
为低压涡轮轴的破坏扭矩，W
K
为轴的抗扭截面模量，σ
sr
为工作温度下的持久强度极限，ψ为断面收缩系数。
[0010]优选的是，当所述低压涡轮轴为超高强度钢的低压涡轮轴时，超高强度钢低压涡
轮轴破坏扭矩M
TD修正
为：
[0011]M
TD修正
＝k*0.47W
K
σ
sr
(1.35ψ+K)；
[0012]其中，k超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩修正系数。
[0013]优选的是，k取值范围为0.6～0.64。
[0014]优选的是，k取值0.6。
[0015]一种超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩修正系数获取方法，包括：
[0016]步骤S1：基于权利要求1所述的低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，获取多个不同尺寸的超高强度钢低压涡轮轴的理论破坏扭矩；
[0017]步骤S2：将多个不同尺寸所述超高强度钢低压涡轮轴的两端分别连接扭矩加载装置，分别对多个不同尺寸的所述超高强度钢低压涡轮轴施加扭矩直至超高强度钢低压涡轮轴破坏，获取多个不同尺寸的所述超高强度钢低压涡轮轴对应的实际破坏扭矩；
[0018]步骤S3：建立多个不同尺寸的所述超高强度钢低压涡轮轴的理论破坏扭矩与实际破坏扭矩的扭矩值曲线图；
[0019]步骤S4：基于所述扭矩值曲线图，获取超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩修正系数k。
[0020]优选的是，所述扭矩值曲线图的获取方法包括：
[0021]步骤S31：获取多个所述理论破坏扭矩与实际破坏扭矩对应多个离散点；
[0022]步骤S32：拟合所述离散点形成曲线，截取曲线斜率变化率低于预设值的区间作为修正系数提取区间；
[0023]步骤S33：将修正系数提取区间的斜率作为修正系数的取值范围。
[0024]优选的是，将修正系数提取区间对应的理论破坏扭矩范围作为修正系数的使用范围。
[0025]优选的是，修正系数的使用范围的使用方法包括：
[0026]基于理论破坏扭矩范围计算所述尺寸计算值的范围，当超高强度钢低压涡轮的尺寸计算值落入所述尺寸计算值的范围中，使用所述修正系数。
[0027]本申请的优点包括：通过提供不同的尺寸计算值提高了传统的低压涡轮轴破坏扭矩的准确预测，同时提出了超高强度压涡轮轴的扭矩修正系数的获取方法，以及参数取值建议，避免超高强度钢低压涡轮轴在工作中出现扭转破坏，提高航空发动机安全性和可靠性。
附图说明
[0028]图1是本申请一优选实施方式低压涡轮轴破坏扭矩计算方法。
具体实施方式
[0029]为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0030]此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0031]此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
[0032]如图1所示，为了解决上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，其特征在于，选取低压涡轮轴中最薄处的轴薄壁段的外径D；选取所述低压涡轮轴中最薄处的轴薄壁段的内径d；作轴薄壁段的内径与外径之比λ；取作为尺寸计算值；代入轴的破坏扭矩公式中M
TD
＝0.47W
K
σ
sr
(1.35ψ+K)计算低压涡轮轴的破坏扭矩；其中，M
TD
为低压涡轮轴的破坏扭矩，W
K
为轴的抗扭截面模量，σ
sr
为工作温度下的持久强度极限，ψ为断面收缩系数。2.如权利要求1所述的低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，其特征在于，当所述低压涡轮轴为超高强度钢的低压涡轮轴时，超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩M
TD修正
为：M
TD修正
＝k*0.47W
K
σ
sr
(1.35ψ+K)；其中，k超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩修正系数。3.如权利要求2所述的低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，其特征在于，k取值范围为0.6～0.64。4.如权利要求3所述的低压涡轮轴破坏扭矩计算方法，其特征在于，k取值0.6。5.一种超高强度钢低压涡轮轴破坏扭矩修正系数获取方法，其特征在于，包括：步骤S1：基于权利要求1所述的低压涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌祺，刘秀芝，王海旭，王洪庆，宋慧涛，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：