【摘 要】
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排气腔体是飞机辅助动力装置（APU）的重要组成部件,在运行过程中会受到排出的高温度高压强的尾气所形成的气流的冲击,进而造成排气腔体损伤,影响APU的运行。因此对APU排气腔体的振动特性进行研究,得到其模态和振型,进而分析排气腔体振动特性,对排气腔体的维修、故障诊断以及结构优化设计都具有重要意义。首先对APU排气腔体进行三维实体建模,再利用ANSYS Workbench的Fluent模块对其进行流场
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排气腔体是飞机辅助动力装置（APU）的重要组成部件,在运行过程中会受到排出的高温度高压强的尾气所形成的气流的冲击,进而造成排气腔体损伤,影响APU的运行。因此对APU排气腔体的振动特性进行研究,得到其模态和振型,进而分析排气腔体振动特性,对排气腔体的维修、故障诊断以及结构优化设计都具有重要意义。首先对APU排气腔体进行三维实体建模,再利用ANSYS Workbench的Fluent模块对其进行流场计算,得到排气腔体内部气体的流动特性。根据流场有限元分析结果可知,排气腔体内气体最大流速为735.9m/s,位于6个支柱与外壳体交接处。排气腔内气体的温度范围在891.6K-916.5K之间,温度最大处在进气口端支柱两侧,最小值在进气口端支柱最前侧。整个排气腔体的压力普遍为-3037000～2653000Pa区间内。在流场分析的基础上对排气腔体进行了静力分析,得到了应力云图,在支柱的前沿部分以及支柱与内锥体及外壳体相交界的地方应力最大,与真实排气腔体维修构件损伤状况一致。对排气腔体进行了基于流-固耦合模型的模态分析,得到了前8阶固有频率及振型。振型的主要方式为弯曲振型和扭转振型。再进行温度场的分析,并对排气腔体进行基于流-热-固耦合的模态分析,同样得到了前8阶固有频率及振型。通过对两种模型的模态分析结果可知基于流-热-固耦合的模态分析更符合排气腔体真实工况,排气腔体的6个支柱以及支柱与外壳体及内锥体相交处的变形最大。在流-热-固耦合的模态分析的基础上,对排气腔体进行谐响应分析,并结合模态分析结果得到激励频率。
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