蒋聪 熊欣 刘冕 张奇

摘要：针对某型航空发动机超高转速空气涡轮起动机的包容结构开展包容能力分析和验证，选用Johnson-Cook本构模型架构，采用LS-DYNA软件对其包容性进行数值仿真，并首次在超高速旋转试验台上开展针对转速118000r/min的涡轮盘包容性试验。试验结果显示，涡轮盘破碎飞出后，主要特征为对导向器壳体、包容环内壁的撞击以及沿包容环内壁的周向滑移刮擦运动，包容环通过自身变形与内壁与涡轮的刮擦滑移吸收能量。试验与模型仿真结果表明，该包容结构可以对破碎涡轮盘起到很好的约束作用，具备较好的包容能力，研究结果对空气涡轮起动机的包容结构设计具有很好的指导意义。

关键词：空气涡轮起动机；超高转速；涡轮盘；包容结构；数值仿真

中图分类号：V233.6文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.08.006

随着航空用空气涡轮起动机技术的日渐成熟，国内越来越多的航空发动机开始使用其作为辅助起动装置，因此其安全性和可靠性也日益受到重视。空气涡轮起动机通常采用单级涡轮的结构设计，这一特征决定了其涡轮盘转速通常会超过70000r/min，蕴含着极大动能的超高转速的涡轮叶片是极大的安全隐患，一旦破损断裂飞出，将会对发动机及其他附件造成严重损坏。国内外目前已有较多航空发动机机匣包容的相关研究[1-11]，研究主要集中在包容断裂叶片方面，但关于空气涡轮起动机超高转速涡轮盘碎片包容性的研究却寥寥无几。本文以某型航空用超高转速空气涡轮起动机为模型，其涡轮转速高达118000r/min，采用数值仿真计算结合试验分析，验证其包容结构对超高能量破碎涡轮盘的约束和包容能力。……