为了满足特殊工况下发动机中的密封要求,对W形金属密封环综合性能进行研究。对W形金属密封环进行参数化建模,采用数值模拟正交试验法,应用ANSYS软件进行W形密封环的密封性能的分析计算,根据多指标数值模拟正交仿真试验计算结果,运用MATLAB软件建立W形金属密封环关于其主要结构参数的多元线性回归方程。为保证其密封性能,应求得在最大Von-Mises等效应力不超过材料屈服极限条件下,寻找接触应力的最大值。通过C语言程序设计在其各结构参数限定范围内求解其极值,并得到极值对应的结构参数;对优化后的结构进行ANSYS模拟,并对结果进行检验,从而证明了优化设计的可靠性。

W形金属密封环作为航空工业中使用的一种重要密封手段,其密封性能不仅影响着航空发动机性能,还对整个动力系统的安全有着至关重要的影响。利用ABAQUS建立W形密封环的数值分析模型,以Von-Mises应力和接触应力来表征其密封性能,分别研究工况环境以及结构参数对W形密封环密封性能的影响规律。研究表明,随着工况温度的升高,Von-Mises应力和接触应力逐渐变小;在一定范围内,随预压缩量的增加,Von-Mises应力和接触应力会随之增大,密封性能愈好;随介质压力的增加,Von-Mises应力呈现先减小后增大,而接触应力逐渐增大;同时,在一定范围内,随W形金属密封环壁厚增加,Von-Mises应力和接触应力随之增大,随着波峰半径增加,Von-Mises应力和接触应力随之减小,而随着波谷半径增加,Von-Mises应力逐渐减小,接触应力会先减小后随之增大。

为解决某型航空发动机试车过程中W形金属密封环剥落失效问题，在完成断口分析的基础上，对W形金属密封环装配应力、工作应力进行分析。结果表明，初始装配时的压缩量偏大、工作环境压差较高是造成密封环剥落的主要原因。对W形密封环各参数的影响进行分析，提出合理控制初始装配压缩量范围、增加壁厚的改进措施。发动机长试验证了W形密封环改进措施的有效性。