宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学(SPH)算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明:空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。

采用变弦长叶片设计的多翼离心风机叶轮改进与优化

针对多翼离心风机蜗壳宽度大、叶片短引起的轴向进气流量分布不均匀和叶道回流现象,提出变弦长叶片的设计方法,以多翼离心风机叶轮为研究对象,开展了叶轮前缘的参数化优化。使用有5个控制点的贝塞尔曲线构建叶轮前缘,建立了支持向量回归代理模型,设置了效率与静压的优化目标,通过遗传优化算法对选取的控制点参数进行了优化。设计结果表明:变弦长叶片设计提升了多翼离心风机的通流能力,体积流量最大提升至35.7 m^(3)/h。流场分析发现,变弦长叶片设计的叶轮沿叶高方向的流量分布更均匀,特别是在靠近轮盖侧速度小于0的区域,流量几乎消除,轮盘截面的通流占比提升29.8%,叶道回流现象得到明显改善,变弦长叶片叶轮的做功能力更强。优化后,变弦长叶片多翼离心风机的气动性能得到显著提高,大流量方向的工况范围得以拓宽,小流量工况下的效率提升了4.9%,风机的静压能力最大提高了91.1 Pa。研究为多翼离心风机内部流动控制、多翼离心风机变弦长叶片优化设计提供了理论基础和工程实践。

水平轴风力机叶片扭角和弦长的理想分布

为得到风力机功率、转矩和推力等性能随尖速比和翼型升阻比变化的极限公式,需求解叶片的理想扭角和弦长沿翼展变化的解析表达式,同时这项研究也可为叶片外形设计提供理论参考。为此首先从效率最大化的原则出发,用极值的微分算法证明最佳攻角就是使翼型升阻比最大的攻角;其次利用最佳攻角和入流角公式推导出叶片理想扭角沿展向的解析表达式;然后根据动量-叶素理论,推导出叶片理想弦长沿展向的解析表达式。研究表明:叶片理想扭角是设计尖速比、最佳攻角和风轮半径的函数,叶片理想弦长是设计尖速比、风轮半径以及对应最佳攻角的升力和阻力系数的函数。这两个表达式均可表示为显函数的形式。

基于测量数据的叶片截面特征参数提取

为了满足航空发动机叶片尺寸检测的需要,研究了基于测量数据的叶片截面分析技术,给出了弦线,前后缘半径、最大厚度、中弧线的提取方法,实验结果表明此提取方法误差小于0．05mm,可以满足叶片检测的要求。

基于SolidWorks的风力机叶片三维建模及模拟分析

风机叶片是风力发电机组的重要组成部分,对其进行研究分析是十分重要的.利用Glauert漩涡理论的气动力学计算方法,获取叶片最优化几何参数.通过SolidWorks软件强大的三维建模功能,快速、准确的实现不同翼型叶片的三维造型;并通过SolidWorks软件中的Flow Simulation模块,对不同翼型的叶片进行模拟并分析比较其结果.

多目标风力发电机叶片外形参数优化设计

针对风力发电机叶片外形设计问题,文中提出了一种用于优化风力发电机叶片的优化工具包CoBOLDT(计算叶片优化和载荷缩小工具)。该优化工具包利用多目标禁忌搜索算法(Multiple Objective Tabu Search,MOTS)来控制样条函数参数化模块,采用快速几何形状生成和固定叶片元件动量(Blade Element Momentum,BEM)代码来优化初始的风力发电机叶片设计。研究中所采用的目标函数是在固定风速为50m/s条件下的年能量生产量(AEP)和叶片根部弯矩(MY0)。文中使用9个变量来定义叶片弦(4个变量)、叶片扭曲(4个变量)和叶片半径(1个变量);在整个优化过程中,定义了诸多二元约束以限制噪声的产生,从而允许在陆地上运输以及在发电机运行的所有阶段期间控制空气动力学条件。测试结果表明,MOTS能够快速和有效地找到优化的设计;优化的叶片设计可以使初始叶片的AEP提高5%,并具有相同的叶片根部弯矩,或者在初始AEP下将MY0降低7.5%。此外,文中还允许通过在每个叶片函数中引入更多参数来增加设计的灵活性。

利用弦长不变特征的叶片截面轮廓匹配算法

针对大型燃气轮机叶片型面形状加工质量高精度检测分析评价中的无基准坐标匹配问题,提出了一种利用截面轮廓曲线弦长几何不变特征的精确坐标匹配算法.该算法在获取对应截面轮廓数据后,基于叶片截面轮廓曲线对应弦长不变特征建立目标函数,并依此计算出理论轮廓曲线中与测量数据对应的坐标点,构造出坐标变换超静定方程组,然后通过豪斯荷尔德矩阵变换方法计算出该坐标变换的最小二乘最优解.采用该算法计算出叶片截面轮廓曲线的模拟测量数据与理论数据之间的坐标变换矩阵,得出了该变换矩阵下的截面轮廓评价结果,其偏差小于1.5μm,表明该算法对于自由曲面的大型燃气轮机叶片型面形状加工质量的检测评价具有较好的应用效果.

宽弦空心风扇叶片动力响应特性研究

宽弦空心风扇叶片是未来风扇叶片的发展趋势.本文采用ANSYS软件利用数值模拟方法,通过对叶片的模态特性和脉冲激励下的响应特性研究得到了叶片的基本变形以及动态响应变形情况.结论为该风扇叶片振动时以弯曲变形为主,工作转速在6000r/min以内,弯曲振动变形规律以及叶片空心加芯板的结构决定了叶片应力集中发生在内含芯板的叶盆中心处.另外,在叶片高速旋转时的离心作用使得叶根处也成为应力集中区域.

基于NURBS插补的汽轮机叶片背弧面数控加工模拟与误差分析

弓高误差是影响汽轮机叶片加工质量的关键因素之一。根据汽轮机叶片数控切削加工的质量要求,采用NURBS曲线插补算法,并用MATLAB软件模拟了NURBS插补过程。通过UG6.0数控仿真模块进行模拟加工,分析仿真数据可知:采用NURBS插补方法模拟加工汽轮机叶片背弧面,弓高误差为0.080～1.154μm。

叶片数与弦长配比对垂直轴风力机性能的影响

垂直轴风力机的叶片数、弦长和风轮半径是影响其实度的因素。在实度和风轮半径一定的情况下,叶片数和弦长之间存在耦合关系。文章应用CFD仿真方法,从功率系数、力矩系数、涡量等方面分析了在实度保持不变的情况下,叶片数和弦长组合对垂直轴风力机性能的影响。研究表明:当保持实度不变时,不同的叶片数和弦长配比可以影响风力机的性能;通过调整其配比,可在实度不变的情况下,降低力矩波动,获得最优风能利用率。

叶片数及弦长对升力型垂直轴风力机的影响

文章基于非对称翼型NACA4415,以功率系数为依据,以CFD仿真为手段,研究了在不同尖速比下叶片数与叶片弦长对升力型垂直轴风力机气动性能的影响,以及不同尖速比和叶轮实度不同时,垂直轴风力机功率系数的变化。研究结果显示,该类升力型垂直轴风力机叶轮实度取0.25~0.45,尖速比λ取2.5~3.4时,具有较高的功率系数。流场分析表明,当叶片弦长与叶片数的变化对流场的扰动能力小于垂直轴风力机从流场中获取风能的能力时,叶片弦长与叶片数的变化会增加垂直轴风力机的功率系数;反之,垂直轴风力机的功率系数降低。该研究为此类20 k W垂直轴风力机的设计与选型提供依据。

航空发动机用关键钛合金部件先进设计及制造技术

钛合金具有优异的各项性能,在航空发动机的关键部件中得到了重要应用。通过介绍世界知名飞机发动机制造公司的钛合金宽弦风扇叶片设计及制造技术、钛合金整体叶盘和叶环设计及制造技术以及钛合金机匣精密成型设计及制造技术的发展现状,指出钛合金宽弦风扇及整体叶盘、整体叶环制备技术和钛合金机匣精密成型技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,应当尽早突破。

宽弦空心风扇叶片流固耦合作用下的疲劳分析

宽弦空心风扇叶片是航空发动机采用的新技术之一。采用间接耦合和直接耦合两种计算方法,对宽弦空心风扇叶片在空气场作用下的结构响应进行了数值模拟和疲劳寿命预测,对比分析了两种方法对叶片寿命的预测结果。结果表明,与间接耦合相比较,直接耦合计算得到的叶片最大应力高出不足10%,两种方法对叶片寿命的预测结果相差很小。在应力放大因子为2的情况下,对比两种耦合方法,叶片的疲劳寿命使用系数几乎为零;在应力放大因子的为3的情况下,同间接耦合相比较,直接耦合随着使用周期的增加,叶片疲劳寿命使用系数也不断增加。

FDG—7型风力提水机组风轮模型风洞选型的试验研究

在综合考虑了风轮的功率系数C_p值和相对扭矩系数C_m值以及风轮的制造成本和制造工艺的情况下,确定了FDG-7型风力机风轮的设计原型。新设计等弦长叶片风轮的实测空气动力特性比根据理论推测的性能要好。文中介绍了风轮模型气动特性的测试方法,给出了对比试验研究结果及分析结论。

基于NURBS的涡轮叶片参数化设计

在分析叶片翼型的基础上,给出了一种叶片参数化设计的方法。该方法运用NURBS进行翼型模板的定义,并根据叶片翼型弦长、安放角、叶片半径、翼型模板等参数进行叶片翼型数据的自动计算,求得各截面控制顶点的实际坐标,叶片参数化设计系统自动生成叶片的三维模型,实现了叶片的参数化设计,提高了设计的灵活性,为后序的分析和加工提供了有力支持。

风力机叶片气动设计及偏载计算

风力发电机组叶片的气动特性直接影响到机组效率,考虑了风力机叶片气动损失,运用Schmitz方法对1MW定桨风力发电机组的叶片进行了气动设计。叶片从叶根到叶尖采用了不同翼型,以满足叶片强度和气动性能的要求。不同翼型之间采用了3次样条插值后的过渡翼型,同时叶根和叶尖也进行了处理,以满足工艺和实际的要求。在所设计的风力机叶片的基础上,计算了风力机的偏载特性,由于风力机起动与空载时,Schmitz方法误差较大,该文采用了Schmitz理论的扩展算法来计算风力机的偏载特性。设计结果表明,基于Schmitz理论设计的多翼型风力机叶片考虑了叶片的损失,方法简单,计算出来的叶片弦长和扭角符合实际叶片的规律。采用了扩展算法后的偏载特性曲线,考虑了各种损失,与实际风力机表现的特性规律相符。

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。

某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析

针对某型航空发动机,考虑到离心力和气动力共同作用的影响,对该型发动机风扇叶片进行了有限元建模和强度分析,其中对气动力的加载进行了适当的简化。计算结果表明,该型叶片具有较高的静强度储备;应力集中区域在风扇叶片叶盆靠近叶根的区域,是叶片的几何形状以及离心力和气动力共同作用的结果。

潮流能水平轴水轮机叶片扭角与弦长分布研究

叶片是潮流能水轮机的关键部件,为获取综合性能良好的潮流能水平轴水轮机,采用解析计算与CFD仿真结合的方法研究叶片扭角与弦长分布。以叶素效率最大原则,推导叶片扭角与弦长的理想分布计算模型,并研究尖速比对叶片扭角与弦长分布的影响;综合考虑水轮机获能效率、可靠性、安全性及叶片加工制造等因素,提出对叶片扭角与弦长修正分布模型;运用Fluent软件对20kW水轮机设计实例性能分析,结果显示修正模型水轮机转矩满足获能要求,轴向力明显减小,有利于工程应用中水轮机的稳定运行。

2/3层板结构空心风扇叶片设计与对比分析

针对空心结构风扇叶片设计技术在航空发动机上的应用,分析了2/3层板空心叶片结构特点,提出了1种基于气动数据源的空心叶片结构设计方法,并以某风扇叶片为例开展了2种结构空心叶片设计,有限元对比分析结果表明:2种结构空心叶片在静强度、振动特性方面各有优势,但2层板结构空心叶片可设计性更优,应用前景更好。