淺談民用飛機(jī)短艙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、淺談民用飛機(jī)短艙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    摘要：本文主要介紹安裝先進(jìn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的民用飛機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括進(jìn)氣道消聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：進(jìn)氣道 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 消聲設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)：V1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2013）06-0081-01 0.概述 高涵道比、高效率的先進(jìn)的動(dòng)力裝置是民用大型客機(jī)的心臟。作為動(dòng)力裝置重要組成部分的短艙進(jìn)氣道，對(duì)于整個(gè)動(dòng)力裝置的性能起著重要的作用。 1.進(jìn)氣道設(shè)計(jì)要求 進(jìn)氣道的內(nèi)部通道設(shè)計(jì)必須保證在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下能供給發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的空氣流量，并為發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇進(jìn)氣面提供均勻流場(chǎng)和高總壓恢復(fù)系數(shù)。進(jìn)氣

2、道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)運(yùn)用聲學(xué)處理技術(shù)，以最大程度減小發(fā)動(dòng)機(jī)外傳噪聲，使飛機(jī)符合FAR-36部適航標(biāo)準(zhǔn)的要求。短艙進(jìn)氣道應(yīng)當(dāng)與風(fēng)扇葉片一樣具有抵抗飛行中鳥(niǎo)撞的能力。進(jìn)氣道必須采取防冰措施，在各種氣候條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)及其進(jìn)氣系統(tǒng)上，都不產(chǎn)生不利于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行或會(huì)引起推力嚴(yán)重下降的冰積聚。 2.進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)氣道主要由唇口蒙皮、前隔板、后隔板、內(nèi)壁板、外壁板和連接法蘭組成。 進(jìn)氣道唇口蒙皮通常采用鋁合金材料，表面陽(yáng)極化處理，外表面打磨光滑，能夠承受雨砂的侵蝕和冰雹的沖擊，并且是防鳥(niǎo)撞的第一道防線。進(jìn)氣道唇口蒙皮通過(guò)角材與進(jìn)氣道后隔板與外壁板相連接，角材之間通過(guò)接頭連接。進(jìn)氣道前隔板組件由腹板、徑向肋、加

3、強(qiáng)件、開(kāi)口和管路支架組成。腹板由鈦合金退火材料成形，以承受防冰管路的高溫，由左右兩塊拼接而成。腹板上通常布置有徑向肋，主要對(duì)結(jié)構(gòu)起到加強(qiáng)作用。進(jìn)氣道前隔板組件通過(guò)角材與唇口蒙皮、內(nèi)壁板和外壁板相連接。進(jìn)氣道前隔板組件主要承受的載荷為鳥(niǎo)撞沖擊載荷，是防鳥(niǎo)撞設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)件。 進(jìn)氣道后隔板組件由腹板、徑向肋、開(kāi)口組成。腹板通常采用鈦合金退火材料成形，由左右兩塊拼接或者整體成型，主要吸收FBO工況時(shí)風(fēng)扇打出能量。腹板通常有徑向肋，材料為鈦合金，主要對(duì)結(jié)構(gòu)起到加強(qiáng)作用。進(jìn)氣道后隔板組件在外側(cè)通過(guò)角材與外壁板相連接，并且通過(guò)角材提供風(fēng)扇罩罩體搭接區(qū)域；后隔板組件在內(nèi)側(cè)通過(guò)角材與內(nèi)壁板相連接。進(jìn)氣道后隔板

4、組件是防鳥(niǎo)撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最后一道防線，要保證鳥(niǎo)的撞擊不會(huì)穿透后隔板打到風(fēng)扇艙段，后隔板的變形不能引起燃油管路以及其它系統(tǒng)的損壞以危及到飛行的安全。同時(shí)，盡管FADEC位于風(fēng)扇艙段區(qū)而不在進(jìn)氣道內(nèi)，但是不能允許鳥(niǎo)撞擊后隔板變形而接觸到FADEC。因此后隔板需要布置一定數(shù)量的鈦合金材料徑向加強(qiáng)肋。后隔板通常也是風(fēng)扇艙段火區(qū)的前向邊，因此后隔板需要采用鈦合金退火材料且必須布置防火板以與火區(qū)隔離。進(jìn)氣道后隔板組件主要承受的載荷為管路爆破載荷。 進(jìn)氣道外壁板通常為復(fù)合材料鋪層結(jié)構(gòu)，熱壓罐成形，主要承受氣動(dòng)載荷，提供光滑的流線型表面。外壁板通過(guò)角材與前后隔板連接。進(jìn)氣道連接法蘭通常為鈦合金材料或者復(fù)合材料與

5、內(nèi)壁板共固化，通過(guò)周向一圈緊固件與發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣連接。進(jìn)氣道法蘭通過(guò)螺栓、襯套和墊片與發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣連接，襯套的設(shè)計(jì)目的是在FBO情況下保護(hù)接頭以承受高階載荷。 3.進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)消聲設(shè)計(jì) 飛機(jī)噪聲是飛機(jī)飛行時(shí)存在的各種噪聲源的聲輻射總和。飛機(jī)噪聲源主要有兩類，即推進(jìn)系統(tǒng)噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。推進(jìn)系統(tǒng)噪聲包括風(fēng)扇/壓氣機(jī)噪聲、噴流噪聲、渦輪噪聲和燃燒噪聲等。空氣動(dòng)力噪聲則是由于氣流流過(guò)機(jī)身引起的氣流壓力擾動(dòng)產(chǎn)生的，因此也成為機(jī)體噪聲。另外，超音速飛機(jī)產(chǎn)生的沖擊波還會(huì)在地面形成轟聲。 當(dāng)代飛機(jī)廣泛使用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要聲源有四個(gè)部分，即風(fēng)扇/壓氣機(jī)噪聲、燃燒噪聲源、渦輪噪聲源和噴流噪聲源。其中風(fēng)扇/

6、壓氣機(jī)噪聲和噴流噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源。隨著飛機(jī)廣泛使用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度大大減小，相應(yīng)的噴流噪聲得到較大的降低，使得風(fēng)扇/壓氣機(jī)噪聲在飛機(jī)總噪聲中占有越來(lái)越突出的地位。因此消聲短艙的設(shè)計(jì)是必要的措施。 消聲短艙聲處理目的就在于抑制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的向外傳播，因此降噪就是消聲結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)。但是，用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、排氣通道上的聲處理壁板不僅僅只需要降噪這唯一的要求，還必須滿足其他一些要求才能認(rèn)為是合適的消聲結(jié)構(gòu)。對(duì)于消聲結(jié)構(gòu)的一般要求大致可歸納如下：?jiǎn)挝幻娣e降噪量大，在起飛、著陸條件下都具有良好的降噪效果；對(duì)進(jìn)氣道、排氣道內(nèi)氣流的摩擦損失盡量小；聲疲勞強(qiáng)度高；在高速氣

7、流沖刷和溫度變化的工作環(huán)境條件下仍十分牢固，有良好的耐久性和長(zhǎng)壽命；重量輕，剛性好；不吸塵埃、水滴、油污等，以免堵塞面板小孔而降低吸聲性能。 多孔消聲材料的構(gòu)造特征是：材料從表到里具有大量的互相貫通的微孔，也即具有適當(dāng)?shù)耐笟庑?。其消聲作用主要是：?dāng)聲波入射到多孔材料表面時(shí)激發(fā)起微孔內(nèi)的空氣振動(dòng)，空氣與固體筋絡(luò)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于空氣的粘滯性，在微孔內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，使振動(dòng)空氣的動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲能衰減。其次在空氣絕熱壓縮時(shí)，空氣與孔壁間不斷發(fā)生熱交換，由于熱傳導(dǎo)的作用，也會(huì)使聲能轉(zhuǎn)化為熱能。 在空氣流通管道內(nèi)壁板鋪設(shè)穿孔板蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)就成了消聲管道。良好的消聲管道應(yīng)具有盡可能大的

8、噪聲衰減量，滿足降噪指標(biāo)。 進(jìn)氣道內(nèi)壁板通常由幾塊壁板拼接而成，通過(guò)角材與前后隔板相連接，后側(cè)通過(guò)進(jìn)氣道法蘭將整個(gè)進(jìn)氣道連接在發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣上。位于后隔板之后的進(jìn)氣道內(nèi)蒙皮處于風(fēng)扇艙段火區(qū)內(nèi)，因此布置了防火板。進(jìn)氣道內(nèi)壁板通常為金屬蜂窩夾芯的消聲結(jié)構(gòu)。面板為穿孔鋁合金 材料，底板為鋁合金材料，兩層板之間采用消聲蜂窩結(jié)構(gòu)。面板上的小孔和蜂窩芯格組成許許多多個(gè)亥姆霍茲共振器，經(jīng)過(guò)面板的聲波由于這些許多個(gè)共振器的共振作用使一部分聲能轉(zhuǎn)化成熱能，熱能傳遞給結(jié)構(gòu)最終被結(jié)構(gòu)所“消耗”。亥姆霍茲共振器的共振頻率與穿孔板蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的面板厚度、小孔孔徑、穿孔率和背腔深度有關(guān)。進(jìn)氣道消聲內(nèi)壁板結(jié)構(gòu)主要參數(shù)有POA、面板孔徑面板厚度、蜂窩高度、有效聲處理面積。 4.總結(jié) 飛機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)