【摘 要】
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航空发动机燃烧室是在高温、高强噪声环境中工作,容易产生声疲劳和热疲劳破坏,严重影响到整个燃烧室的寿命,乃至整台发动机的整体寿命。燃烧不稳定不仅影响航空发动机的工作
【出 处】
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沈阳航空工业学院 沈阳航空航天大学
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航空发动机燃烧室是在高温、高强噪声环境中工作,容易产生声疲劳和热疲劳破坏,严重影响到整个燃烧室的寿命,乃至整台发动机的整体寿命。燃烧不稳定不仅影响航空发动机的工作稳定性,而且还是造成燃烧室火焰筒薄壁结构声振耦合疲劳破坏的重要原因。燃烧不稳定的非稳态运动与燃烧室火焰筒的固有声学振型密切相关。因此,为了提高燃烧室火焰筒的疲劳寿命,对其本身振动特性和声学特性以及声固耦合特性的研究显得尤为重要。本文应用理论推导和有限元相结合的方法,对封闭空腔的声场特性、结构振动特性和声固耦合特性进行了研究,并完成了声振模态实验验证工作。本文从圆柱面封闭声腔的声模态公式出发推导了双层柱面封闭声腔的声学模态公式,从理论和有限元计算两方面研究了圆柱面和双层柱面封闭空间的声学模态。根据某航空发动机环形燃烧室的实际尺寸设计加工了简化模型,应用此模型进行声学测量实验,并通过实验获得的声模态固有频率与有限元的计算结果进行比较验证。随后用边界元及实验相结合的方法分析了环形燃烧室简化模型在出口端开口的情况下的声学特性。使用有限元方法研究了流场和温度场对封闭空间内部声现象的影响。从Donnell-Mushtari圆柱壳体理论出发,给出了简支薄壁圆柱壳体的固有频率和声学模态公式,使用有限元验证了该公式,利用已经得到的模态采用模态叠加法编写计算程序计算了该柱壳的谐响应,并同有限元结果相对比,对燃烧室简化模型的结构模态进行了有限元和实验两方面的研究。给出基于模态耦合理论的声固耦合理论,使用有限元方法对简支柱壳封闭空间的声固耦合特性进行了分析。最后对环形燃烧室简化模型进行了声固耦合的有限元分析和实验研究。本文研究的封闭空间的结构振动模态和空腔声学模态及其声固耦合特性,对分析和解决发动机燃烧室的疲劳寿命问题及提高结构的动强度具有重要的工程应用价值。
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