中图分类号：V232 学 位 盲审编号：Z150 论 文 题 目 航 空 发 动 机 用 金 属 封 严 环 设 计 与 性 能 分 析 研 究 作 者 姓 名 陈 希 盲 审 编 号 Z 1 5 0

硕士学位论文

题 目

航空发动机用金属封严环设计 与性能分析研究

作者姓 名 陈希 指导教 师 王云 教授 学科、专 业 航空工程

学校代码：10406 学号：120085232008

分类号：V232

南昌航空大学

硕士学位论文 （专业学位研究生）

航空发动机用金属封严环设计与性 能分析研究

硕士研究生： 陈希 导 师： 王云教授申 请学位级别：硕士学科、专 业： 航空工程所在单位： 飞行器工程学院答辩日期：

2014 年 06 月授予学

位单位：南昌航空大学

The Research on design and performance of sealing ring used in aircraft engine

A Dissertation

Submitted for the Degree of Master

On School of Aircraft Engineering

by Chen Xi

Under the Supervision of

Prof. Wang Yun

School of Aircraft Engineering

Nanchang Hangkong University, Nanchang, China

April, 2014

南昌航空大学硕士学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下， 在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。尽 我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地 说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。

签名： 日期：

南昌航空大学硕士学位论文使用授权书

本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以

其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位 论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本， 允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据

库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

签名： 导师签名： 日期：

摘 要

本课题是关于新型航空发动机用 W 封严环设计依据展开的研究。航空涡轮发 动机和燃气轮机气路密封技术对发动机性能影响至关重要，当前世界先进的航空 发动机普遍采用先进的 W 封严环封严技术，但 W 封严环因其集“薄壁（环件壁 厚为 0.1—0.3 毫米）、大变形（压延变形量与壁厚之比高达 30—50）、精密（加工 精度为微米级）”于一体，研制难度极大，目前只有美国、加拿大等少数发达国家 掌握其核心加工技术，我国在此领域尚属空白，一直都依赖进口解决。因此，掌 握这种技术，在未来我国研制航空发动机上将能发挥十分积极的作用。本文的重 点对 W 型航空发动机用金属封严环进行设计及性能分析研究，提出其主要性能评 估项目指标，为以后封严环的试验、测试技术研究打下基础。

由航空发动机 W 封严环的结构材料特点所决定，其合理的加工方法应是精密 塑性成形技术。精密塑性成形技术因其生产周期短、成本低、零件使用性能好、 产品可靠性高等优点，在包括航空发动机在内的武器装备中得到广泛应用。但作 为航空核心敏感技术，国外的航空 W 封严环具体制造技术我们无从得知，但可以 肯定旋压或液压精密塑性成型一定是类似航空 W 封严环的“超薄、大变形、精密” 环件加工的有效技术途径之一，这也是值得我们深入研究发展的未来精密塑性成 型技术的发展趋势。

为此，本文首先将国内外研制成的 O 型、C 型、U 型的封严环进行性能的对 比分析。在前人已经对 O 型、C 型、U 型的封严环的结构外形及其力学性能进行 研究的基础上，开展新型 W 型航空发动机用金属封严环设计依据的研究。本文在 结合国内外此类密封环的研究现状后，提出了一种新型航空发动机用 W 封严环 ——多道弯封严环的设计方案，并将其各项性能指标与传统 W 型封严环进行对 比，通过研究分析，对封严环的外形结构进行初步的优化设计，然后对航空发动 机用封严环进行结构强度的分析计算，得到符合实际工况强度的封严环外形结构 及其尺寸。本文其中一个创新点在于——对航空发动机用 W 型封严环进行疲劳分 析计算。利用有限元等软件，并结合材料疲劳试验结果，将传统 W 封严环与新型 W 封严环放在相同的模拟环境下，进行其强度及疲劳寿命的模拟计算。该分析结 果证明新型 W 型封严环在强度、疲劳寿命等各项指标都要优于传统 W 型封严环。 该结果为未来封严环的研制、试验、检测等提供了理论依据。

气体泄漏率是衡量航空发动机用封严环性能的一个很关键的因素，提高计算 封严环在动态密封下的气体泄漏率的准确度，有助于更好的进行航空发动机的设 计及性能的预测。基于以上考虑，本文提出了一维有摩擦变截面气体流动计算模

I

型及泄漏率的计算方法，该模型可用于计算截面变化率不大时的气体泄漏率。这 是本文的另一大创新点之一。

通过研究分析，本文提出的新型多道弯 W 封严环较传统 W 型封严环拥有更 高的强度以及更高的使用疲劳寿命，在理论上为封严环的研制提供了一定依据。 但在封严环真正的研制过程中，还有很多需要探讨的问题，也还有其他可行的设 计方案，这些都值得我们今后继续探讨研究。

关键词： 航空发动机用封严环，强度计算，疲劳寿命分析，泄漏率计算