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CFM56发动机空气系统三维建模.rar

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    编号:20181030002726212    类型:共享资源    大小:20.26MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    CFM56 发动机 空气 系统 三维 建模
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    Civil Aviation University of China毕 业 设 计( 论文)专 业 : 飞行器动力工程 学 号 : 080141718 学生姓名 : 欧晓刚 所属学院 : 航空工程学院 指导教师 : 张银波 二〇一二年 六 月中国民航大学本科生毕业设计( 论文)CFM56 发动机空气系统三维建模3D Modeling of Air Systemfor CFM56 Engine专 业 : 飞行器动力工程学生姓名 : 欧晓刚学 号 : 080141718学 院 : 航空工程学院指导教师 : 张银波2012 年 6 月创见性声明本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果,论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果,均加以特别标注并在此表示致谢。与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。毕业论文作者签名: 签字日期: 年 月 日本科毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计(论文)的规定。特授权中国民航大学可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计(论文)的复印件和磁盘。(保密的毕业论文在解密后适用本授权说明)毕业论文作者签名: 指导教师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日-i-摘 要CATIA 装配技术作为一种新技术在国内外得到了广泛的研究。该技术的使用可以缩短新产品的开发周期,减少新产品的开发成本。用 CATIA 装配技术来完成发动机实体造型是研究发动机各部分零部件装配关系的一种有效方法。同时,三维建模技术在教学上的广泛应用,根本性地解决了教学上实践结果不足的问题,丰富了教学资料,便于复杂结构的分析与研究。论文主要讲述了利用 CATIA 软件对 CFM56-7 发动机空气系统进行三维建模,并完成其装配。各个关键零件的草图及尺寸数据都是通过对 AMM、IPC 和 CFM56-7 发动机部件识别手册的研究比例获得。通过对 CFM56-7 发动机空气系统各分系统的研究,采用 CATIA 软件对其建立三维模型,更加深入了解空气系统各分系统的内部结构及工作原理。关键词:CFM56-7 发动机;空气系统;CATIA;三维建模-ii-ABSTRACTCATIA assembly technology as a new technology at home and abroad has been widely studied. The use of technology can shorten the development cycle of new products, reduce development costs of new products. using CATIA assembly technology to complete engine solid modeling is research engine parts assembly relations an effective method. At the same time, 3D modeling technology in teaching widespread application is a fundamental solution to the teaching practice result on the problem of insufficient, enrich the teaching material, facilitate complex structure analysis and research.The thesis mainly tells about how to build the 3D model of the air system for CFM56-7 engine by CATIA, and completes its assembly design. The draft and size data of the key parts can be got by studying the Aircraft Maintenance Manual, Illustrated Parts Catalog and Component identification manual of CFM56-7 engine. At last, based on the research of subsystems of the CFM56-7 engine air system, 3D model of air system can be built by CATIA, making the internal structure and working principle of air system can be understood more clear.Key Words: CFM56-7 Engines; Air System; CATIA; 3D Modeling-iii-目 录1 引言 .................................................................................................................................11.1 课题研究的背景 ..................................................................................................11.2 CFM56 系列发动机介绍 .....................................................................................11.3 CATIA V5 软件的介绍 .......................................................................................22 CFM56 发动机空气系统的组成 ...................................................................................42.1 概述 ......................................................................................................................42.2 分系统的介绍 ......................................................................................................42.2.1 VSV 系统 ...................................................................................................42.2.2 VBV 系统 ..................................................................................................52.2.3 TBV 系统 ...................................................................................................52.2.4 LPTACC 系统 ...........................................................................................52.2.5 HPTACC 系统 ...........................................................................................63 CFM56 发动机空气系统建模 .......................................................................................73.1 建模思路 ..............................................................................................................73.2 CFM56 发动机机匣的建模 .................................................................................83.2.1 风扇及低压压气机机匣的建模 ................................................................83.2.2 其余单元体机匣的建模 ..........................................................................133.3 VSV 系统建模 ...................................................................................................173.3.1 摇臂组件 VSV130 的建模 ......................................................................183.3.2 摇臂组件 VSV125 的建模 ......................................................................223.3.3 VSV 作动筒的建模 .................................................................................233.3.4 摇臂组件 VSV215 的建模 ......................................................................243.3.5 其余摇臂组件的建模 ..............................................................................293.3.6 VSV 系统连接件的建模 .........................................................................303.4 VBV 系统的建模 ...............................................................................................303.4.1 VBV 系统放气门的建模 ........................................................................313.4.2 VBV 作动筒的建模 ................................................................................343.4.3 VBV 作动环的建模 ................................................................................353.4.4 VBV 系统连接件的建模 ........................................................................363.5 LPTACC 系统的建模 ........................................................................................373.5.1 LPTACC 活门的建模 .............................................................................37-iv-3.5.2 管路的建模 ..............................................................................................403.5.3 LPTACC 空气管的建模 .........................................................................413.6 HPTACC 活门的建模 ........................................................................................423.7 TBV 活门的建模 ...............................................................................................434 CFM56 发动机空气系统装配设计 .............................................................................454.1 概述 ....................................................................................................................454.2 VSV 系统的装配设计 .......................................................................................454.2.1 VSV 摇臂组件的装配设计 .....................................................................454.2.2 VSV 组件装配设计 .................................................................................494.2.3 VSV 系统的装配设计 .............................................................................504.3 VBV 系统的装配设计 .......................................................................................514.3.1 VBV 放气门机构的装配设计 ................................................................514.3.2 VBV 系统的装配设计 ............................................................................524.4 LPTACC 系统的装配设计 ................................................................................534.5 HPTACC 系统的装配设计 ................................................................................544.5.1 HPTACC 活门的装配设计 .....................................................................544.5.2 HPTACC 系统的装配设计 .....................................................................554.6 TBV 系统的装配设计 .......................................................................................554.6.1 TBV 活门的装配设计 .............................................................................554.6.2 TBV 系统的装配设计 .............................................................................564.7 一级 LPT 导向器冷却引气管路的装配设计 ...................................................564.8 CFM56 发动机空气系统总装配 .......................................................................575 结论 ...............................................................................................................................58参考文献 ..............................................................................................................................59致 谢 ..............................................................................................................................60附录:外文翻译资料 ..........................................................................................................61中国民航大学本科生毕业设计(论文)-1-1 引言1.1 课题研究的背景随着计算机技术发展,特别是三维技术的发展,人类使用三维模型表达设计意图成为可能。自 20 世纪 80 年代开始,西方发达国家已经开始把三维设计技术应用于产品设计和生产中。21 世纪初,电子样品技术已经在我国飞机研制中得到规模化应用,并取得了显著的效益。最近几年来,随着国家信息化带动工业化战略决策的制定及其中航工业数字化技术应用顶层规模的制定,飞机研制数字化的应用有了长足的发展,在某些方面已经接近或者赶上国际先进水平,如在数字样机设计方面,实现了 100%的三维建模和 100%的数字化虚拟装配,在多个飞机型号研制中,已经完全使用数字样机取代物理样机。基于 CATIA 技术的虚拟样机设计技术,给设计协调带来了巨大的好处,几乎所有的设计意图都可以通过三维模型进行协调和匹配检查、运动机构仿真、分析仿真,实现了所见即所得,回归了人类自然的创造模式,降低了劳动强度,提高了设计质量,减少了设计返工。全三维设计技术可保证设计数据的唯一性;保证设计数据的一致性;提高设计效率、保证设计质量;设计意图直观表达,提高制造效率和质量;可直接应用于后续的仿真与分析,简化分析建模,减少数据转化;是飞机数据化技术应用的基础。全面推动三维设计技术的应用,必将带动我国航空数据化设计技术的跨越式发展,缩短与发达国家的技术差距,当然这其中会遇到相当大的困难,但需要有打破传统设计习惯的魄力和决心 [1]。随着教育设施完善,三维建模设计与制造技术已引起了科教行业的普遍重视,得到了迅速发展。基于 CATIA 平台的三维建模技术研究与实现,无疑是为教学提供了一种好的工具,对教学成果的研究起了很大的促进作用,具有很大实用性。由于该种技术完全是在虚拟的环境下,对构件的系统结构能够清楚的体现出来,尤其是对那些结构复杂的教学实体进行了三维建模,就能够清晰地看清其中某个复杂结构,从而提高了教学进度,加深了学生的理解。1.2 CFM56 系列发动机介绍CFM56 是装载于 B737 飞机或者 A320 飞机上的高涵道比、双转子、轴流式的涡轮风扇发动机,是由美国通用电气公司(GE)和法国国营航空发动机研制公司(SNECMA)组成的国际公司(GEMI)研制生产的。进气口 环形、无进口导流叶片,流道外壁设置消声衬板,无防冰装置。 中国民航大学本科生毕业设计(论文)-2-风 扇 单级轴流式。CFM56-2 风扇叶尖带冠。CFM56-3 和 CFM56-5 带叶中阻尼凸台。 ,CFM56-3 有 38 片 CFM56-5 有 36 片, CFM56-7 有 24 片宽叶弦风扇。盘与叶片材料为钛合金。 低压压气机 3 级轴流式(CFM56-5C 为 4 级)。3 级转子为整体钛合金锻件制成,出口处沿圆周均布 12 个可调放气活门,可于低功率状态将部分空气放放风扇通道。高压压气机 9 级轴流式。进口导流叶片和前 3 级静子叶片可调,静子机匣为对开式,6~9 级机匣为双层结构,外层机匣上设有 5 级空气引出口,内层机匣为低膨胀合金制成并在 5 级引出空气包围中,起到了控制压气机后面级间隙的作用。燃 烧 室 短环形。火焰筒由 Hastelloy X 锻环机械加工成,内外壁均有分段气膜冷却。燃烧室机匣材料为 IN718。 高压涡轮 单级轴流式。导向器叶片和转子叶片均用压气机出口空气冷却,在所有系列中,其最大工作转速允许到 15183r/min,由高压压气机第 5 级和第 9 级引来的空气对高压涡轮进行主动间隙控制。 低压涡轮 4 级轴流式(CFM56-5A 为 4.5 级,CFM56-5C 为 5 级),涡轮机匣引风扇后空气进行间隙控制。尾 喷 管 固定面积收敛喷管。风扇流道内设置反推力装置。CFM56 系列发动机的技术数据如下表所示 [2]。表 1-1 CFM56 系列发动机技术数据系列 -3 -5B -7起飞推力(kN)86~98 98~142 87~117总增压比 27.5~30.6 32.6~35.5 32.8空气流量(kg/s )289~322 372~439 307~354涵道比(巡航) 4.9~5.1 5.4~6.0 5.1~5.5内涵流量(kg/s )49,0~52.8 58.0~62.7 50.3~54.5风扇直径(mm)1524 1734 1549长度(mm) 2362 2600 2500质量(kg) 1941 2381 2366中国民航大学本科生毕业设计(论文)-3-1.3 CATIA V5 软件的介绍CATIA 是法国 Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM 一体化软件,Dassault System 成立于 1981 年,CATIA 是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。CATIA 系列产品已经在七大领域里成为首要的 3D 设计和模拟解决方案:汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。CATIA 提供方便的解决方案,迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音 747 飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒,几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过 13000 的用户选择了 CATIA。CATIA 源于航空航天业,但其强大的功能已得到各行业的认可,在欧洲汽车业,已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用 CATIA 完成了整个波音 777 的电子装配,创造了业界的一个奇迹,从而也确定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。模块化的 CATIA 系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要,包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA 产品基于开放式可扩展的 V5 架构。通过使企业能够重用产品设计知识,缩短开发周期,CATIA 解决方案加快企业对市场的需求的反应。自 1999 年以来,市场上广泛采用它的数字样机流程,从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA 提供了完备的设计能力:从产品的概念设计到最终产品的形成,以其精确可靠的解决方案提供了完整的 2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段,从单个零件的设计到最终电子样机的建立;同时,作为一个完全集成化的软件系统,CATIA 将机械设计,工程分析及仿真,数控加工和 CATweb 网络应用解决方案有机的结合在一起,为用户提供严密的无纸工作环境,特别是 CATIA 中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使 CATIA 拥有了最宽广的专业覆盖面,从而帮助客户达到缩短设计生产周期、提高产品质量及降低费用的目的 [3]。本课题是基于 CATIA V5 R20 版本为平台,对 CFM56 发动机空气系统进行三维建模,主要用到的是零部件设计模块和装配模块。
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