发动机支架及其优化设计方法与流程

本发明涉及航空发动机制造领域，尤其涉及一种发动机支架及其优化设计方法。

背景技术：

1、目前传统的商用航空发动机的系统支架用材通常为铝合金、钢和钛合金等传统金属材料。但是，由于这类金属及合金的自重大，在热处理等后加工工艺复杂，制作成本相对较高，且难以实现结构功能的一体化设计，因此随着轻量化的要求，对系统支架的选材和设计验证方案均提出了新的要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中支架自重大的缺陷，提供一种发动机支架及其优化设计方法。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种发动机支架的优化设计方法，所述发动机支架于动力系统的内部，所述发动机支架设置在发动机内壁面和动力装置之间，所述发动机支架用于相对于所述发动机内壁面对所述动力装置进行支承，所述发动机支架的优化设计方法依次包括以下设计环节：

4、工况分析环节：获取所述发动机支架的载荷状况的区间，并确定设计优化原则；

5、材料选择环节：以所述载荷状态的区间中最差的载荷状况作为设计依据进行材料选择；

6、结构设计环节：根据所选材料的性能和所确定的所述设计优化原则，对所述发动机支架进行结构优化。

7、在本方案中，采用上述设计方法，通过对发动机支架的工况、材料以及结构分别独立的进行分析和设计，保证了发动机支架在发动机内壁面和动力装置之间安装时性能的稳定性，以及最大化的扩展了发动机支架优化后所适用的范围，提高其使用的普遍性与可行性。同时，保证了发动机支架安装后的安全性，避免对发动机支架在进行分析和设计时因某个环节的疏忽导致动力装置等部件之间无法正常运行。

8、较佳地，所述设计方法在所述结构设计环节之后还包括强度校核环节：对进行结构优化后的所述发动机支架进行相应的静强度校核，若静应力应小于材料许用应力，则获得最终构型。

9、在本方案中，采用上述设计方法，保证了发动机支架承载连接强度的稳定性，避免发动机支架在连接自重较大的动力装置时无法承载而导致发动机支架的自损，失去动力装置与发动机内壁面的平衡稳定性。

10、较佳地，在所述强度校核环节中：静强度校核中的惯性载荷选择为120g，所述惯性载荷的方向平行于重力方向。

11、较佳地，在所述工况分析环节中，所述设计优化原则至少包括以下任意一项：

12、第一项：保持目前的安装界面；

13、第二项：在管线路连接处实现单侧安装；

14、第三项：保持目前螺栓连接孔径；

15、第四项：达到相近的刚度和承载能力；

16、第五项：减轻重量。

17、在本方案中，采用上述设计方法，可以更好的适应动力装置与发动机内壁面的安装环境情况，大幅度地提高发动机支架安装时的对应性与针对性，最大化地实现发动机支架与各部件之间的连接稳定性。

18、较佳地，所述工况分析环节还包括：获取所述发动机支架的服役环境参数；所述材料选择环节还包括：根据所述服役环境参数作为设计依据进行材料选择。

19、在本方案中，采用上述设计方法，在材料选择时一一对应前序步骤中的工况分析环节，可以提高发动机支架设置时的针对性，使得发动机支架可以更好的适应并承载动力装置于发动机内壁面上。

20、较佳地，所述服役环境参数至少包括服役环境温度。

21、在本方案中，因为服役环境温度是影响发动机支架性能的最大影响因素，所以采用上述设计方法，在工况分析环节和材料选择环节均对服役环境温度做规定，这样可以提高发动机支架对服役环境温度的抗耐性，充分发挥发动机支架的作用。

22、一种发动机支架，所述发动机支架为如上所述任意一项所述的设计方法设计得出，所述发动机支架的材质为热塑性复合材料。

23、在本方案中，如上述所述，以往的发动机支架是采用铝合金、钢和钛合金等传统金属材料，且合金自重大，热处理等后加工工艺复杂，制作成本相对较高，且难以实现结构-功能一体化设计，因此随着轻量化的要求，对系统支架的选材提出了新的要求。所以在本方案中，将发动机支架的材质由原来的合金材料更换成现在的热塑性复合材料，可以改变自重大、热处理工艺复杂和制作成本高等问题，对于发动机支架的作用有较大程度的提高。同时，热塑性复合材料具有高强度、高增韧性以及可回收等较多优点，将会成为发动机复合材料发展的一个发展方向和趋势。进一步地，在发动机支架设计的过程中，高性能热塑性复合材料由于其高减重效率、设计优化空间大、生产效率高和成本可控等一系列优势，已成为金属支架的首选替代材料。

24、较佳地，所述发动机支架包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板呈直角设置；所述发动机支架通过所述第一支撑板与所述动力装置进行连接，所述发动机支架通过所述第二支撑板与所述发动机内壁面进行连接。

25、在本方案中，采用上述结构形式，将第一支撑板和第二支撑板呈直角设置，同时各个支撑板对应地与不同的部件进行连接，可以提高发动机支架连接的广泛性，即发动机支架可以在两个方向上与其他部件进行连接，结构紧凑，提高空间资源的利用率。

26、较佳地，所述第一支撑板包括安装部和安装孔，所述安装孔贯穿设置在所述安装部上，所述安装部与所述动力装置通过所述安装孔螺栓连接。

27、在本方案中，采用上述结构形式，将安装部设置在第一支撑板的一端，且通过螺栓孔实现螺栓与动力装置的连接，提高了动力装置和发动机支架拆卸的便捷性。

28、较佳地，所述第一支撑板还包括主体部，所述主体部从所述第二支撑板向所述安装部的方向延伸并延伸至所述安装部，连接所述安装部和所述第二支撑板。

29、在本方案中，采用上述结构形式，通过主体部实现第二支撑板和安装部的承接与连接，提高了发动机支架上各部分连接的稳定性。

30、较佳地，所述第二支撑板包括固定部和连接孔，所述连接孔贯穿设置在所述固定部上，所述固定部与所述发动机内壁面通过所述连接孔螺栓连接。

31、在本方案中，采用上述结构形式，将固定部设置在第二支撑板的一端，且通过螺栓孔实现螺栓与发动机内壁面的连接，提高了发动机内壁面和发动机支架拆卸的便捷性。

32、较佳地，所述发动机支架还包括与所述主体部和所述固定部成一体成型结构的加强筋，所述加强筋垂直设置在所述主体部和所述固定部之间。

33、在本方案中，采用上述结构形式，在发动机支架上加设有垂直于主体部和固定部的加强筋，从而确保动力装置以稳定的方式接合到发动机内壁面并被支承，且加设有加强筋的发动机支架具有足够高的刚性，也可以使得发动机支架降低自身重力。

34、较佳地，所述连接孔的数量为至少两个，并对称设置在所述加强筋的两侧。

35、在本方案中，采用上述结构形式，在加强筋的两侧设置至少两个连接孔，便于提高发动机支架和发动机内壁面连接的稳固性，避免动力装置随着动力系统移动运行的过程中，由于发动机支架与发动机内壁面连接时稳定性欠缺，导致发动机支架脱离动力系统的发动机内壁面，以至损坏动力装置。

36、本发明的积极进步效果在于：

37、1.该发动机支架及其优化设计方法通过对发动机支架的工况、材料以及结构分别独立的进行分析和设计，保证了发动机支架在发动机内壁面和动力装置之间安装时性能的稳定性，以及最大化的扩展了发动机支架优化后所适用的范围，提高其使用的普遍性与可行性。同时，保证了发动机支架安装后的安全性，避免对发动机支架在进行分析和设计时因某个环节的疏忽导致动力装置等部件之间无法正常运行。

38、2.将发动机支架的材质由原来的合金材料更换成现在的热塑性复合材料，可以改变自重大、热处理工艺复杂和制作成本高等问题，对于发动机支架的作用有较大程度的提高。同时，热塑性复合材料具有高强度、高增韧性以及可回收等较多优点，将会成为发动机复合材料发展的一个发展方向和趋势。进一步地，在发动机支架设计的过程中，高性能热塑性复合材料由于其高减重效率、设计优化空间大、生产效率高和成本可控等一系列优势，已成为金属支架的首选替代材料。