高溫動密封結構設計與分析.pdf

1、本文對高溫動密封結構設計進行了分析。高超聲速飛行器再入階段，偏轉控制翼前的高壓熱氣流進入低壓的控制翼縫隙內，若不進行防熱處理，熱氣流將損壞間隙底部低溫部件進而導致飛行器失控，因而研究控制翼面間隙動密封結構，對提高飛行器安全可靠性極為重要。X-38翼面間隙密封結構表面最高溫度預測值超過1000℃，發(fā)生在峰值加熱420s時間段內，未施加熱防護措施條件時，間隙12.7cm下的熱流計算值高達110Kw，間隙在控制翼面偏轉過程中不斷變化。設計的密

2、封結構應能在如此惡劣氣動加熱環(huán)境中對間隙進行有效密封，彈簧、隔熱氈和編織套管組成的動密封結構具有較好的高溫密封性能，并能適應大的間隙變化，在控制翼面密封結構中具有較好的應用前景。彈簧是密封結構的骨架，決定其高溫力學性能，彈簧結構具有較好的回彈性，保證密封結構與密封面之間的良好接觸，達到密封變化間隙目的。分析密封結構力學性能時，考慮兩種彈簧（斜圈彈簧和編織彈簧），分析彈簧載荷位移特性，研究傾斜幅度、線徑、單位長度線圈數(shù)等幾何參數(shù)對斜圈彈簧

3、力學性能影響規(guī)律，研究編織參數(shù)（線徑，編織角度和線數(shù)）對編織彈簧力學性能影響規(guī)律，并從數(shù)值分析結果給出具有較好性能彈簧的幾何參數(shù)，為動密封結構設計提供指導?？紤]流過密封結構高溫氣體影響。當氣固換熱系數(shù)大于103Wm-2?K-1時，氣固兩相溫度相近，分析發(fā)現(xiàn)18mm直徑優(yōu)化設計的密封結構不能滿足使用要求；采用雙密封結構時，得到密封結構氣密性設計的臨界值10-3 kg?m-1?s-1，在420s瞬態(tài)傳熱分析中密封結構加熱表面與背壁溫度相差6

4、60℃-700℃。基于設計的動密封結構，制備出動密封結構樣件，根據(jù)控制翼面動密封服役環(huán)境，設計地面模擬實驗評價該種動密封結構的可行性，測試變化間隙中密封結構的高溫熱密性性能。測試時間為180s、300s和420s，實驗結果表明施加110kw表面熱流，方向舵擺動頻率30次/min，擺動角度24°條件下，密封結構加熱表面和背壁溫度相差600℃-700℃，且測試過程中背壁溫升緩慢，未出現(xiàn)大的溫度波動，因此測試過程中密封結構始終有效，滿足高溫熱