【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于预冷吸气式组合发动机预冷器结构设计领域，具体涉及一种预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法。
技术介绍
1、预冷吸气式组合发动机是将涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机和闭式循环系统相融合的一种组合动力装置，具有宽速域、宽空域工作能力，是水平起降、可重复使用高速飞行器以及单级或两级入轨航天器的理想动力形式，具有广阔的应用前景，是空天动力发展的重要方向。
2、膜片式微通道预冷器具有功率密度大、换热效率高等特点，是预冷吸气式组合发动机的核心部件，当发动机在高马赫数飞行条件下工作时，预冷器对来流高温空气进行冷却，降低压气机进口气体温度，提高压气机工作效率与结构可靠性，拓宽发动机工作速域；同时，预冷器可以对高温来流空气热量进行回收，并通过涡轮转变成机械功，驱动其他部件工作，实现发动机效率的提升。
3、对预冷器等微通道换热器的研究目前主要集中在流动换热性能、制造工艺等方面，尽管研制出不同尺度预冷器样件并开展了相关试验，但是主要侧重于对微通道预冷器流动换热性能验证，同时在试验中也暴露出大量结构可靠性方面的问题，例如，由振动引起的换热微细管疲劳断裂等。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术针对膜片式微通道预冷器换热微细管的振动可靠性评价需求，提出一种预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，能够根据预冷器换热微细管的微细管的外径、换热微细管的壁厚、换热微细管位于相邻支撑间隔板之间的跨度、换热微细管材料的密度和弹性模量、横流微细管气流速度以及共振阶数，确定出预冷器换
2、一种预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，该方法的实现包括以下步骤：
3、a)确定预冷器换热微细管的固有振动特性参数：根据换热微细管的外径d1、换热微细管的壁厚δ、换热微细管位于相邻支撑间隔板之间的跨度l、换热微细管材料的密度ρ和弹性模量e，运用式(1)计算换热微细管第n阶的固有振动频率cn，即
4、
5、b)确定预冷器换热微细管的旋涡脱落频率及旋涡脱落共振条件判据：根据换热微细管的外径d1、横流微细管气流速度u和斯特罗哈尔数st，运用式(2)计算换热微细管外侧气流旋涡脱离的频率ck，即
6、
7、同时，根据换热管旋涡脱落共振临界裕度系数mk，运用式(3)确定换热微细管发生旋涡脱落共振的判据，即
8、|ck-cn|≤mkcn (3)；
9、c)确定预冷器换热微细管的紊流抖振脉动频率及紊流抖振共振条件判据：根据换热微细管外径d1、横流微细管气流速度u、换热微细管束横向中心间距lh和换热微细管束纵向中心间距lz，运用式(4)计算紊流抖振的脉动频率cw，即
10、
11、同时，根据换热管紊流抖振共振临界裕度系数mw，运用式(5)确定换热微细管发生紊流抖振共振的判据，即
12、|cw-cn|≤mwcn (5)；
13、d)确定预冷器换热微细管的弹性激振频率及弹性激振共振条件判据：根据换热微细管外径d1、横流微细管气流速度u、预冷器微细管束排布规律比例系数kc、对数衰减率κ、换热微细管外侧流体的密度ρo、换热微细管外径d1、换热微细管的壁厚δ和换热微细管材料的密度ρ、质量阻尼系数相关的指数b,运用式(6)计算弹性激振频率cw，即
14、
15、同时，根据换热管弹性激振共振临界裕度系数mt，运用式(7)确定换热微细管发生弹性激振共振的判据，即
16、|ct-cn|≤mtcn (7)；
17、e)确定预冷器换热微细管的振动可靠度：根据预冷器换热微细管直径d1的概率密度函数fd1和横流微细管气流速度u的概率密度函数fu，运用式(8)计算预冷器换热微细管对应第n阶固有频率的振动可靠度，即
18、
19、同时，结合式(1)-(7)，运用式(9)计算预冷器换热微细管对应考虑前n阶共振时的振动可靠度，即
20、
21、f)确定预冷器换热微细管的可靠性指标及结构尺寸优化方案：根据预冷器换热微细管的微细管的外径d1、换热微细管的壁厚δ、换热微细管位于相邻支撑间隔板之间的跨度l、换热微细管材料的密度ρ和弹性模量e、横流微细管气流速度u以及共振阶数n，运用式(9)计算预冷器换热微细管对应考虑前n阶共振时的振动可靠度，判断振动可靠度值同预冷器换热微细管的可靠性指标之间的差距，通过修改结构尺寸参数和运用式(9)计算振动可靠度，直到振动可靠度满足预冷器换热微细管的可靠性指标要求，将此时所对应的预冷器换热微细管结构尺寸参数作为优化方案。
22、有益效果：
23、1、本专利技术提出的可靠性评价方法在无需获得预冷器换热微细管失效数据的条件下，能够根据预冷器换热微细管的微细管的外径d1、换热微细管的壁厚δ、换热微细管位于相邻支撑间隔板之间的跨度l、换热微细管材料的密度ρ和弹性模量e、横流微细管气流速度u以及共振阶数n，在确定预冷器换热微细管的固有振动特性参数、预冷器换热微细管的旋涡脱落频率及旋涡脱落共振条件判据、紊流抖振脉动频率及紊流抖振共振条件判据、弹性激振频率及弹性激振共振条件判据的基础上，便可以确定出预冷器换热微细管的振动可靠度，实现预冷器换热微细管束振动可靠性的定量化评价，为预冷器换热微细管束的可靠性评价与结构优化设计提供科学依据，提高预冷器的工作可靠性与结构设计效率。
24、2、本专利技术针对膜片式微通道预冷器换热微细管的振动可靠性问题，在分析预冷器换热微细管振动特性的基础上，结合预冷器换热微细管的振动失效机理，建立起预冷器换热微细管的振动可靠性评价方法及模型，实现预冷器换热微细管振动可靠性指标的定量化评价，更好指导预冷器的结构设计。
25、3、本专利技术的方法中结合公式(1)-(7)，最后运用公式(9)计算预冷器换热微细管对应考虑前n阶共振时的振动可靠度，通过修改结构尺寸参数和运用式(9)计算振动可靠度，直到振动可靠度满足预冷器换热微细管的可靠性指标要求，将此时所对应的预冷器换热微细管结构尺寸参数作为优化方案，具有有效率高、通用性强、适应性强等特点，适合预冷器换热微细管束振动可靠性评价。
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1.一种预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤a)中确定预冷器换热微细管的固有振动特性参数的过程如下：
3.如权利要求1所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤b)中确定预冷器换热微细管的旋涡脱落频率及旋涡脱落共振条件判据的过程如下：
4.如权利要求3所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤c)中确定预冷器换热微细管的紊流抖振脉动频率及紊流抖振共振条件判据的过程如下：
5.如权利要求3或4所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤d)中确定预冷器换热微细管的弹性激振频率及弹性激振共振条件判据的过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤a)中确定预冷器换热微细管的固有振动特性参数的过程如下：
3.如权利要求1所述的预冷器换热微细管束振动可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤b)中确定预冷器换热微细管的旋涡脱落频率及旋涡脱落共...
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