航空发动机燃烧室声固耦合分析技术研究

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燃烧室是航空发动机热端核心部件,主要由扩压器,壳体,火焰筒,燃油喷嘴,点火器等基本构件组成,由于长期工作在高温、高噪声环境下,同时受到声激励,气动力,热应力,振动应力等交变载荷的持续作用,容易造成疲劳破坏,特别是当其结构模态与声模态耦合时破坏性更大。在航空发动机燃烧室工作过程中,当结构固有频率接近于燃烧室的声学固有频率时,就可能会形成稳定的驻波,结构模态与声模态耦合,出现声固耦合现象,产生声固耦合的模态,对燃烧室产生疲劳破坏。  本文根据预混燃烧室声-固耦合研究需要初步设计燃烧室试验装置结构段,给出声学测量及结构振动测量方法,为以后的试验工作作好了初期准备。将试验装置结构段简化成燃烧室二维模型和三维模型,对燃烧室结构-声场耦合系统进行了分析研究。基于声波动方程和结构振动理论,得到声-结构耦合系统方程。使用有限元方法及通用有限元软件Ansys10.0,计算了燃烧室二维模型和三维模型结构、内腔结构-声耦合、外腔结构-声耦合、内外腔结构-声耦合四种情况下的模态频率,并给出了相应的振型图。通过对比四种情况下的模态频率表明,燃烧室内部声场对燃烧室结构振动有较大影响。  对燃烧室三维模型进行了谐响应分析。分别进行了燃烧室内腔声模态与冷却通道声模态谐响应分析,燃烧室内腔耦合系统谐响应分析,冷却通道耦合系统谐响应分析,进一步了解燃烧室在声激励作用下的声压和频率之间的关系以及声压分布规律。
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