淺談民用飛機短艙進氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、淺談民用飛機短艙進氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計    摘要：本文主要介紹安裝先進渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的民用飛機進氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括進氣道消聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：進氣道 結(jié)構(gòu)設(shè)計 消聲設(shè)計 中圖分類號：V1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2013）06-0081-01 0.概述 高涵道比、高效率的先進的動力裝置是民用大型客機的心臟。作為動力裝置重要組成部分的短艙進氣道，對于整個動力裝置的性能起著重要的作用。 1.進氣道設(shè)計要求 進氣道的內(nèi)部通道設(shè)計必須保證在發(fā)動機各種工作狀態(tài)下能供給發(fā)動機所需要的空氣流量，并為發(fā)動機風(fēng)扇進氣面提供均勻流場和高總壓恢復(fù)系數(shù)。進氣

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

3、強件、開口和管路支架組成。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，主要對結(jié)構(gòu)起到加強作用。進氣道前隔板組件通過角材與唇口蒙皮、內(nèi)壁板和外壁板相連接。進氣道前隔板組件主要承受的載荷為鳥撞沖擊載荷，是防鳥撞設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)件。 進氣道后隔板組件由腹板、徑向肋、開口組成。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工況時風(fēng)扇打出能量。腹板通常有徑向肋，材料為鈦合金，主要對結(jié)構(gòu)起到加強作用。進氣道后隔板組件在外側(cè)通過角材與外壁板相連接，并且通過角材提供風(fēng)扇罩罩體搭接區(qū)域；后隔板組件在內(nèi)側(cè)通過角材與內(nèi)壁板相連接。進氣道后隔板

4、組件是防鳥撞結(jié)構(gòu)設(shè)計的最后一道防線，要保證鳥的撞擊不會穿透后隔板打到風(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，盡管FADEC位于風(fēng)扇艙段區(qū)而不在進氣道內(nèi)，但是不能允許鳥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。進氣道后隔板組件主要承受的載荷為管路爆破載荷。 進氣道外壁板通常為復(fù)合材料鋪層結(jié)構(gòu)，熱壓罐成形，主要承受氣動載荷，提供光滑的流線型表面。外壁板通過角材與前后隔板連接。進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，通過周向一圈緊固件與發(fā)動機風(fēng)扇機匣連接。進氣道法蘭通過螺栓、襯套和墊片與發(fā)動機風(fēng)扇機匣連接，襯套的設(shè)計目的是在FBO情況下保護接頭以承受高階載荷。 3.進氣道結(jié)構(gòu)消聲設(shè)計 飛機噪聲是飛機飛行時存在的各種噪聲源的聲輻射總和。飛機噪聲源主要有兩類，即推進系統(tǒng)噪聲和空氣動力噪聲。推進系統(tǒng)噪聲包括風(fēng)扇/壓氣機噪聲、噴流噪聲、渦輪噪聲和燃燒噪聲等?？諝鈩恿υ肼晞t是由于氣流流過機身引起的氣流壓力擾動產(chǎn)生的，因此也成為機體噪聲。另外，超音速飛機產(chǎn)生的沖擊波還會在地面形成轟聲。 當(dāng)代飛機廣泛使用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機主要聲源有四個部分，即風(fēng)扇/壓氣機噪聲、燃燒噪聲源、渦輪噪聲源和噴流噪聲源。其中風(fēng)扇/

6、壓氣機噪聲和噴流噪聲是發(fā)動機的主要噪聲源。隨著飛機廣泛使用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機涵道比的不斷提高，發(fā)動機排氣速度大大減小，相應(yīng)的噴流噪聲得到較大的降低，使得風(fēng)扇/壓氣機噪聲在飛機總噪聲中占有越來越突出的地位。因此消聲短艙的設(shè)計是必要的措施。 消聲短艙聲處理目的就在于抑制發(fā)動機噪聲的向外傳播，因此降噪就是消聲結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)。但是，用于發(fā)動機進氣道、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為是合適的消聲結(jié)構(gòu)。對于消聲結(jié)構(gòu)的一般要求大致可歸納如下：單位面積降噪量大，在起飛、著陸條件下都具有良好的降噪效果；對進氣道、排氣道內(nèi)氣流的摩擦損失盡量??；聲疲勞強度高；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激發(fā)起微孔內(nèi)的空氣振動，空氣與固體筋絡(luò)間產(chǎn)生相對運動，由于空氣的粘滯性，在微孔內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，使振動空氣的動能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲能衰減。其次在空氣絕熱壓縮時，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。 進氣道內(nèi)壁板通常由幾塊壁板拼接而成，通過角材與前后隔板相連接，后側(cè)通過進氣道法蘭將整個進氣道連接在發(fā)動機風(fēng)扇機匣上。位于后隔板之后的進氣道內(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亥姆霍茲共振器，經(jīng)過面板的聲波由于這些許多個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) 飛機進氣道結(jié)構(gòu)