Motori aviona su tipični složeni inženjerski sistemi sa multidisciplinarnom prerezom i višekomponentnom snažnom spojnicom. Oni rade pod visokim temperaturama, visokog pritiska, opterećenju / okruženju / okruženju za više polja i moraju ispunjavati izuzetno visoke zahtjeve za uporabu poput visokog potiska, male težine, dugi život i visoku pouzdanost. Oni su ekstremni proizvodi s velikim poteškoćama u razvoju. Kao osnovna komponenta zrakoplovnih motora, strukturni integritet i pouzdanost strukture rotora su najslabije veze u dizajnu motora zrakoplova i uskim uskim ograničenjima razvoja motora.
S jedne strane, strukturni sustav podvrgava se oštrim i složenim aerodinamičkim, mehaničkim i termičkim opterećenjima, dok mehanika (plinska toplotna čvrsto) djeluje i ograničava materijalima, procesima i drugim disciplinama; S druge strane, strukturalni život pokazuje veliku disperziju, dok siguran let zahtijeva nisku vjerojatnost kvara. U ovom trenutku, tradicionalna deterministička tehnologija dizajna suočena je s mnogim izazovima. Probabilistički dizajn, kao metoda finog dizajna, može kvantificirati rizike, smanjiti težinu i smanjiti troškove dok ispunjavaju zahtjeve pouzdanosti. To je jedna od najperspektivnijih ključnih tehnologija za rješavanje uskog mjesta naprednog razvoja aviona. Razvoj strukturnog dizajna motora
Strukturni dizajn aeroingana prošao je kroz razvojni proces dizajna statičkog čvrstoće, sigurnog dizajna života, determiniranog dizajna tolerancije na štetu i strukturni verovatnotni dizajn.
Glavno polazište dizajna statičke čvrstoće je da se struktura ne prekida pod određenim dizajnerskim opterećenjem; Nakon upotrebe opterećenja ne postoji vidljiva trajna deformacija nakon istovara. Dugo vremena u prošlosti, zbog malog opterećenja motora, razina stresa strukture bila je vrlo niska, a zahtjevi za strukturnom životu nisu bili visoki, a dizajn statičke čvrstoće može ispuniti zahtjeve za dizajn.
1954. godine, britanska "kometa" Jet Airliner eksplodirao je i srušio se u more. Uzrok nesreće bio je šteta od loma uzrokovana učinka umora metalne strukture lepršavog trupa. To pokazuje da dizajniranje konstrukcijskih dijelova prema statičkoj snazi ne može garantovati njihovu sigurnost u korištenju, a problem sigurnog servisa mora se razmotriti u strukturnom dizajnu. Nakon nesreće, metoda sigurnosti usvojena je metoda sigurnosti u strukturalnom dizajnu zrakoplovnih motora.
Premisa sigurnog životnog dizajna je pretpostaviti da je struktura neprekidno jednoliko tijelo bez nedostataka. Budući da materijal ima određenu disperziju, strukturalni dizajn u inženjerstvu često određuje prosječni život strukture kroz eksperimente i kombinira iskustvo za pružanje veći disperzijski koeficijent, a zatim dobija dozvoljeni život strukture.
Britansko ministarstvo odbrambenog standarda (Def Stan 00-971) zahtijeva da se krivulja sa pouzdanošću od 99,87% (tj. {-3 σ) uzima kao sn krivulja koja odgovara sigurnom životu. Američki aviation turbojet i turbofan opći specifikacija motora (MIL-E {{{{{{{{{{{{{{{{{-5007 d) donosi sigurnosni dizajn sigurnog životnog vijeka, a odgovarajuća snaga materijala, a u smislu civilnog zrakoplova, a klauzula o zrakoplovima Far33.14 izdala je savezna zrakoplovna uprava (FAA) Sjedinjenih Država zahtijeva da se vijek dijelova rotora poput kompresora i diskova turbine određuju korištenjem metode sigurnosnog dizajna za život; Propisi o plovidbenosti JAR-E Europskog zajedničkog zrakoplovnog tijela također predviđaju da se život dijelova rotora motora mora odrediti metodom sigurnog životnog vijeka.
Sigurna metoda dizajna uzima u obzir raspršuju mehanička svojstva strukturnog materijala motora i uspostavlja visoku pouzdanost iz vjerojatne perspektive kako bi se osigurala sigurnost strukture tokom usluge. Međutim, stvarna struktura mora sadržavati početne nedostatke kao što su uključenosti, rupe (pukotine) i šupljine. Stoga se siguran način dizajna dizajna ne garantuje sigurnost i pouzdanost strukture;
Pored toga, siguran dizajn života je vrlo konzervativna metoda dizajna. Pod trenutnim 95% nivoa povjerenja i 99,87% pouzdanosti, moguće je samo jedna od 1, 000 strukture na raspolaganju navedene pukotine, a druga 999 će se smatrati da su dostigli život umora i povukli iz servisa, što je rezultiralo od velikog otpada. Procjenjuje se da više od 80% diskova dizajniranim korištenjem sigurnog životnog metoda i dalje ima život od 10 puta ili više nakon otpada, tako da je potrebno razviti ekonomičnije metode dizajna i evaluacije.
Deterministički dizajn tolerancije na štetu može riješiti probleme sigurnosti i ekonomičnosti u dizajnu strukture motora. Ova metoda se razlikuje od sigurnog načina dizajna za život. Pretpostavlja da u materijalu postoje nedostaci ili male pukotine, a postepeno će se proširiti pod djelovanjem opterećenja umora, na kraju dovodeći do strukturnog kvara. Deterministični dizajn tolerancije na štetu određuje ciklus održavanja i maksimalnu dozvolu veličine pukotina konstrukcije na osnovu upotrebe Svojstva i potreba za održavanjem strukture, kontrolira strukturni materijalni nedostaci i efikasno poboljšava ekonomsku efikasnost održavanja strukture motora.
Konstrukcijski integritetni integritet američke zrakoplovne snage (MIL-STD -1783) jasno kaže da treba izvesti dizajn, testiranje i kontrolu oštećenja, ispitivanje i kontrolu oštećenja na ključnim dijelovima loma motora kako bi se odredio ciklus održavanja strukture. Međutim, određena metoda dizajna tolerancije na štetu teško je precizno razmotriti utjecaj različitih slučajnih faktora na životnu disperziju i ne može precizno predvidjeti vjerojatnost kvara strukture i osjetljivosti ulaznih parametara.
Kriteriji, zakoni i metode proučavaju i uspostavljeni u gornjem procesu dizajna strukture motora su deterministički, odnosno materijalna svojstva, proizvodni procesi, upotreba misije i ostali parametri koriste fiksne vrijednosti, što ne može precizno predvidjeti život umornog prostora. Stoga je teško optimizirati i uravnotežiti strukturnu težinu, radni vijek i kriterije dizajna i nemoguće je dati kvantitativni indeks pouzdanosti. Životni zahtjev pouzdanosti je istaknuta karakteristika modernog dizajna motora, a strukturni verovatnotni dizajn je važan način dizajniranja za osiguravanje strukturne pouzdanosti.
Strukturni probabilistički metod dizajna smatra da su stvarni vanjski opterećenje koje djeluje na strukturu i stvarni kapacitet ležaja strukture i vjerojatnosti. Nemoguće je dati precizne vrijednosti tokom dizajna. Nazivaju se slučajne varijable ili slučajne procese, koji se pridržavaju određene distribucije. Uzimajući ovo kao polazište za strukturni dizajn [10] može se bolje ugovarati s objektivnim stvarnošću. U istraživanju integriranog programa turbinskog motora (IQPTET), Sjedinjene Države su predložili vjerojatno dizajniran sistem (PDS) za sistem za izradu sigurnosti i na slici 2. Nakon višenamjenskog ekonomskog naprednog programa turbinskog motora (VAATE) pokrenuo je Probabilistički umor za visoki ciklus lopatica kao jedna od ključnih tehnologija. Program strukturnog integriteta SAD-a (MIL-HDBK -1783 b) takođe je istakao da se upotreba verbabilističkog dizajnerskog marže umjesto tradicionalnog sigurnosnog faktora ili determinističke marža može preciznije predstavljati promjene u komponentnom odgovoru. FAA Sjedinjenih Država promovisao je primjenu strukturalnog vjerojatnog dizajna u polju civilnog zrakoplovstva, zamijenivši far3,14 sa zrakoplovnim fer33,70, odnosno oblikovanje verovatnog oštećenja, a razina ograničavanja života, a razina razine kvara utvrđuje se uspoređivanjem s ciljanim rizikom.
Da bi se ispunili zahtjevi za učinkom naprednih motora aviona, sve više novih materijala poput legura praha, intermetalnih spojeva, keramičkih materijala, kompozitnih materijala itd. Ovi materijali imaju očigledna poboljšanja u određenim svojstvima metala, kao što su jačina, stres, gustoća itd. Stoga je potrebno usvojiti vjerojatnice metode dizajna za tipične strukture motora pod novim materijalima, novim strukturama i novim procesnim sistemima. Ključne tehnologije za vjerojatni dizajn tipičnih motornih struktura
1. Proberistički model slučajnih faktora (1) Utovarivane zrakoplove, posebno vojne motore, moraju dovršiti veliki broj letačkih misija poput krstarenja, jednostavnih kaskabirnih, napada, napad i presretanje, što rezultira velikim raspršivanjem strukture motora, poput mehaničkih opterećenja, aerodinamičkih opterećenja i temperaturnih opterećenja. Uspostavljanje modela vjerojatnosti opterećenja motora mora se kombinirati sa tehnologijom obrade opterećenja, a princip pretvorbe štete kao što su opterećenje motora i strukturni opterećenje spektra. Prikupljanjem i preradom terenskih spektra leta i testnog spektra, dobija se zakon varijacije opterećenja tipične strukture motora u vremenu, a statistička teorija koristi se za uspostavljanje radnog opterećenja Statističkim karakteristikama tipične strukture motora.
(2) Disperzija materijala Razlike u procesu pripreme konstrukcijskih materijala vode do disperzije materijalnih mehaničkih parametara performansi (kao što su elastični model, Poissonov omjer, krivulja naprezanja, itd.); Istovremeno, zbog složenosti tehnologije za obradu, materijalna svojstva različitih dijelova tipične strukture motora također su značajno različita. Stoga je potrebno kombinirati testne podatke standardnih materijalnih uzoraka i karakterističnih simulacijskih dijelova različitih dijelova strukture za uspostavljanje modela vjerojatnosti provjerenih eksperimentima.
Na primjer, za rješavanje materijalnog cikličkog odnosa naprezanja napora, napetost se može razgraditi u elastične komponente naprezanja i komponentama plastičnog naprezanja i linearne jednadžbe elastičnih komponenti i komponenti i stresa. Navedene jednadžbe su randomizirane i poboljšanje cikličkog naprezanja stresa uspostavlja se regresijskim metodom, kao što je prikazano na slici 3. (3) Disperzija procesne disperzije odnosi se na konstrukcijsku disperziju uzrokovanu slučajnim faktorima, kao što su priprema materijala, kao što su tehnologija obrade materijala, kao što su priprema materijala, kao što su tehnologija obrade materijala.
Početna slučajnost oštećenja. Za metode pripreme materijala kao što su kovanje, lijevanje i vruće izostatičko prešanje, broj, položaj i veličinu početnih oštećenja, kao što su uključivanja, stoga na slici 4. Stoga je potrebno razviti ekvivalentne karakteristike oštećenja / podzemne mane i uspostaviti model kvarskog karaktera i uspostavljanje modela oštećenja u različitim regijama u različitim regijama. Feometrijska dimenzija slučajnost. Geometrijske dimenzije tipičnih motornih struktura su slučajne zbog nestabilnosti mehaničke tehnologije obrade. U tu svrhu potrebno je odrediti ključne parametre geometrijske dimenzije tipičnih motornih struktura kroz analizu osjetljivosti i za provođenje statistika o ključnim geometrijskim dimenzijama za uspostavljanje njihovih karakteristika raspodjele vjerojatnosti.
Rezidualna slučajnost. Nestabilnost tehnologije obrade poput strukture motora Tehnologija obrade površine (kao što je pisanje snimka, lasersko jačanje), tehnologija topline (poput čvrstog rješenja, starenja) i ostalih procesa (poput linearnog zavarivanja trenja) dovodi do nasumičnog preostalog stresa na površini i unutarnje strukture. Model vjerojatnosti preostalog stresa treba sustavno proučavati kroz numeričku simulaciju, inspekciju procesa i matematičke statistike.
Slučajnost tehnologije detekcije oštećenja. Različite tehnologije otkrivanja dovode do nasumičnosti u veličini i položaju minimalnog oštećenja detektora. Uvodi se verovatnoća detekcije kvarova (pod) koja se uvodi kako bi se opisala ta slučajnost. Pripremam oštećenih uzoraka s dovoljno oštećenja, veličinama i položajima, provođenje testova detekcije oštećenja i uspostavljanje matematičkog modela podataka o otkrivanju, podlozi za otkrivanje tehnologije dobiva se statističkom obradom.
2. Tipična struktura motora tipična struktura motora (poput struktura turbine) podvrgnute su složenim naizmjeničnim opterećenjima, a njihovi puzanje u hladnjaku, poput kompozitnog umornog umora, itd. Stoga je složeni model vjerovatnog umornog umornog prostora u složenim opterećenjima / okruženja na osnovu Eksperimenti su postali ključna tehnologija za vjerojatni dizajn struktura motora. Potrebno je usko kombinirati teorijsko istraživanje sa eksperimentalnom verifikacijom kako bi se otkrio mehanizam kompozitnog načina kvara tipičnih motorskih struktura pod složenim opterećenjima / okruženjima i razvijanje odgovarajućih metoda konstatskog umornog vijeka za uvjerenje. U kombinaciji sa raspršivanjem tereta, materijala i procesa, uspostavlja se složeni model kvara umornog umora u modelu tipičnih struktura motora koje su verificirane eksperimentima.
Strukturalna snaga i multidisciplinarna istraživačka grupa za vazduhoplovstvo i astronatika za optimizaciju zrakoplovskog diska i astronautike visokog pritiska motora WP7 (izrađene od GH33) kao što su proučavali načine kvara za spajanje turbinskih diskova koji su verificirani eksperimentima, uključujući dvije oštećenja faze stvaranja pukotina i propagiranja pukotina do Dizajnerski aplikacije (slika 5). 3. Strukturna tehnologija verovatnoće analize odgovora
Proberistički dizajn tipičnih motornih struktura uključuje mnoge discipline i složene strukture. Direktno pomoću numeričkih metoda za rješavanje strukturne kvarove vjerojatnosti / pouzdanosti rezultirat će predugim vremenom proračuna. Stoga je uspostavljanje metode strukturne vjerojatnosti analize odgovora ključna tehnologija za vjerojatni dizajn tipičnih motornih struktura.
Trenutno je metoda površine odgovora u kombinaciji sa MONTE CARLO metodom često korištena za obavljanje strukturne analize reakcije vjerojatnosti i metode analize verovatnoće verovatnoće i visoko preciznosti pogodnih za tipične strukture motora za rešavanje masovnih proračuna u analizu strukturne verovatnoće. Metode uzorkovanja kao što su latino hiperkubna metoda, može se koristiti metoda Quasi-Monte Carlo, latino uzorkovanje centroida i važno uzorkovanje; Približne metode modeliranja, poput neuronske mreže, Kriging model i vektorski stroj za podršku (slika 6).
4. Analiza slučajne faktora osjetljivosti
Kroz analizu osjetljivosti slučajnih faktora, s jedne strane, mogu se odrediti glavni faktori koji utječu na disperziju strukturnog života, pružajući dizajnersku osnovu za vjerojatni dizajn tipičnih motornih struktura; S druge strane, nasumične varijable s indikatorima niske osjetljivosti u dizajnu strukturnog vjerojatnosti mogu se obraditi u determinističke parametre, čime se štede vrijeme izračuna i poboljšavaju efikasnost rješenja; Fokusiranje na disperziju glavnih slučajnih faktora izravniji su i značajniji od ostalih faktora u poboljšanju tačnosti rješenja strukturnih kvarova vjerovatnoće / pouzdanosti.
. Tipična struktura motora Problematizing sistem za dizajn mog meta za vazduhoplovstvo motora, uspostavljanje vazduhoplovnog motora Tipična struktura verovatnoće dizajnerice sa neovisvim pravima intelektualnog vlasništva takođe je ključna tehnologija za dizajn verovatnoće strukture motora. Realizacija strukture motora Probabilistička dizajnerska platforma zahtijeva veliki broj iterativnih proračuna. Svaka promjena geometrijskog modela tokom procesa izračuna uzrokovat će se podacima o analizi poput mrežice i graničnih uvjeti za promjenu u skladu s tim. Stoga, tehnologija povezivanja između geometrijskog modela i modela analize, automatsku rekonstrukciju mrežice i automatsko učitavanje mrežice su tehničke poteškoće koje je potrebno riješiti.
Na primjer, strukturalna i multidisciplinarna istraživačka grupa Univerziteta Beihang koristi za zamjenu složenih geometrijskih struktura za uspostavljanje ograničenja sljedbenih mreža, uvodeći rekonstrukciju mreže u optimizaciji i rješava procesu turbine visoko preciznog optimizacije (MDO) procesa turbine Oštrice, kao što je prikazano na slici 7. Uz podršku programa nacionalne odbrane 973, istraživačka grupa i višedisciplinarna optimizacija Univerziteta u Behang-u je predložila proces determiniranog dizajna turbinskih diskova, a u početku je uspostavio prvu strukturu turbinskog diska u Kini (TPD) u Kini. Uključuje glavne funkcije prerade tereta, slučajna varijabilna obrada, geometrijsko modeliranje, analizu grešanja i dizajniranje odlučivanja i integrira komercijalni softver kao što su UG, ANSY i MATLAB, kao što je prikazano na slici 8. Nekoliko aspekata koje je potrebno dalje proučiti
Probabilistička tehnologija dizajna tipičnih motorskih struktura postala je jedna od najperspektivnijih ključnih tehnologija za rješavanje uska grla naprednog istraživanja i razvoja motora. Postepeno se koristi u razvoju ključnih dijelova naprednih aero-motora u Kini. Nanosi se lokalno i učinak počinje prikazivati. U sljedećem koraku razvoja, sljedeći istraživački rad treba produbiti i ojačati.
1. Probabilistički integrirani integrirani dizajnerski konstrukcijski dizajn, materijal i integracija procesa i iteramentalne su staze za poboljšanje nivoa naprednog razvoja aero-motora. Učinkovita primjena strukturne vjerojatnosti motora je nerazdvojna od integriranog razmatranja materijala i procesa. Stoga, vjerojatni dizajn motornih struktura treba započeti iz izvora dizajna, otkrivati mehanizam utjecaja i regulaciju tipičnih strukturalnih proizvođača za izradu motornih struktura i čime se učvršćuje teorije i metoda značajnog integriranog dizajna.
2. Multidisciplinarni dizajn optimizacije zasnovan na pouzdanosti strukturnog dizajna aero-motora uključuje mnoge discipline kao što su aerodinamika, materijali, transfer topline, strukture i snage. Discipline su spojene jedno s drugim. Proberistički dizajn jedne discipline ne može garantirati da dizajnirana struktura ispunjava zahteve za pouzdanost upotrebe.
