NON-DIMENSIONAL DESIGN PARAMETERS FOR FOD TOLERANT FAN BLADES

Non-dimensional design concept for FOD tolerant fan blades is introduced based on the analyses of simplified impact models. The fan blades arc idealized as either beams or plates of elastic or rigid-plastic materials. The case of constant force impact as well as that of mass impact is analyzed. The centrifugal force effects are also considered in the beam models. The critical fracture conditions arc shown in simple npn-dimensional formulae or diagrams for each case.

基于Geomagic Design X的轴流式风机叶片逆向建模

以轴流式风机叶片为例,详细阐述了逆向建模的思路和流程,并利用逆向工程软件Geomagic Design X对点云数据进行处理,得到了高质量的三维模型,并通过Live Transfer技术将模型导入到Solidworks软件中。该方法既可获得高质量的三维模型,还可缩短产品开发周期,具有较好的应用价值。

涵道风扇部件耦合设计方法及初步应用

涵道风扇是未来绿色航空动力的重要发展方向,快速、准确的涵道风扇设计方法成为工程领域的迫切需求。在传统的涵道风扇设计方法中,部件间的耦合效应需要建立在完善的三维数值计算或试验数据的基础之上。而本文发展了考虑涵道风扇关键部件耦合效应的设计方法,形成了涵道风扇一体化设计手段,并以此为基础开展了涵道风扇的一体化设计及验证工作。结果表明:相比于简单叠加设计方法,耦合设计使叶片推力设计误差由15%减小到3.5%;采用部件耦合方法设计的带有扩张喷管涵道风扇和等直径喷管涵道风扇的转静叶片推力设计误差满足工程需求,确认了部件耦合的设计方法正确传递了部件间的影响关系;通过试验对设计结果进行了推力校验,试验结果与设计点的总推力误差为1.25%,证明了本文发展的耦合设计方法的准确性。

跨音速风扇转子冰撞击损伤规律及抗冰 撞击改进设计研究

目的揭示脱落冰形状、运动轨迹和姿态对航空发动机风扇转子叶片的撞击损伤规律,增强叶片的抗冰撞击能力。方法采用LS-DYNA进行数值模拟,开展脱落冰与叶片的撞击过程和叶型改进设计研究。结果叶片的撞击损伤程度受脱落冰结构强度的影响,在同样的撞击条件下,叶片受球体冰撞击损伤最严重,而受片体冰撞击损伤最轻。叶片的损伤程度由叶片和脱落冰之间的相对速度和叶片切割冰块的质量共同决定,叶片切割脱落冰的质量越大,塑性变形越严重。当脱落冰入射角为45°时,叶片损伤最严重,对叶片的最大撞击力为17828 N,最大内能达到126 J;当冰片从原始姿态绕y轴旋转90°时,对叶片前缘的撞击载荷最大,叶片塑性变形最严重。改进后,叶片受沿45°入射角脱落冰撞击后最大内能减小16%,失速裕度提高16.2%,峰值效率提高0.33%。结论跨音速风扇转子撞击损伤位置在前缘附近,增大叶片进口几何角和局部厚度能显著提高叶片抗冰撞击能力。

采棉机风机叶片优化与流场分析

风机作为采棉机气力输送系统的核心部件,其性能优劣将影响采棉机的作业效率。为提高采棉机气力输送系统的最大风量,针对采棉机用多翼离心风机叶片进行优化设计。为了获得代理模型所需的基本数据,建立了CFD数值模型并采用拉丁超立方实验在设计空间内生成20组样本。基于样本数据,建立了出口风量与设计变量的近似模型,采用智能优化算法获得最优设计方案。优化后的设计方案相较于原型机,出口风速明显增大。CFD数值计算分析风机的动态特性,结果表明,在多转速工况下风量均有明显提升,其在额定转速工况下,风量提升17.27%。

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明:在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。

多翼离心风机叶片参数优化设计对壁挂式空调新风部件的气动性能研究

随着城市化的发展,舒适健康以及审美需求逐年提升,新风空调的销量越来越大,新风量、新风噪声都越来越受到用户关注,新风带来的困扰越来越凸显。为改善多翼离心风机的气动性能和噪声值,基于CFD数值摸拟与实验测试相结合的方式对单圆弧叶轮进行全参数优化设计。通过响应面设计方法对叶片进口安装角βb_(1)、出口安装角βb_(2)、叶片内径D_(2)、叶片数Z几个参数进行参数化设计。经过多组方案计算,获得叶片参数与风量和功率的关系。研究发现通过调整叶轮参数,改善叶片流道内的流场分布,能够有效提高叶片的做功能力并且降低风机噪声性能。与原型相比,实测同风量噪声降低0.8dB(A),功率降低11.8%。

风机叶片运输专用装置的结构设计

风机叶片运输车是将风电设备运输到风电场的大件运输车辆,而风机叶片具有超长、超重等特点,对道路要求高,造成运输困难,因此需要一种具有良好通过性和安全性的风机叶片运输车。根据风机叶片运输车设计方案,对低平板模块、动力鹅颈模块和风机叶片运输专用装置进行了详细结构设计,在此基础上建立了风机叶片运输车三维模型。

基于小波变换的轴流风扇2阶叶频噪声机理分析及叶型优化方法研究

为了研究空调室外机轴流风扇2阶叶频噪声产生来源和抑制方法,采用大涡模拟仿真,结合能谱分析和小波分析方法,识别影响2阶叶频噪声的典型流场位置和流动结构,对风扇叶型优化设计方法进行研究和试验验证。结果表明,2阶叶频噪声主要受风扇与周围部件的间隙及叶尖出口区域流动的影响,通过增加风扇与隔板间隙9 mm,即可降低2阶叶频噪声6 dB;针对风扇的优化设计方法,前加载叶型可显著降低2阶叶频噪声,而通过调整周向积叠线,可将不同叶高区域2阶叶频噪声相位差控制在π/3,从而抑制幅值叠加,实现降低2阶叶频噪声6.7 dB。研究结果可为空调室外机轴流风扇的叶频噪声优化提供技术参考。

可控减速法设计离心风机两元叶片的研究

提出采用可控减速法设计离心风机两元叶片,即通过三维黏性流场计算,采用正交试验设计方法,以确定流道内平均速度的减速规律和叶片型线.在满足原有的气动设计点参数和不改变风机轮盖和轮盘几何尺寸的前提下,对某高效离心风机叶片型线进行了重新设计.整机全工况数值计算表明,优化后的风机效率在绝大部分工况范围内都明显提高,压力在设计和小流量工况时也比原风机高,而且大大避免了原风机的过载导致烧毁电机的问题.设计工况详细的流场分析表明,优化设计风机的叶轮流道内静压分布更加均匀,消除了分离损失,说明该方法是风机叶片优化设计的可靠和快速方法.

涵道螺旋桨动力装置最优设计新方法的研究

为了探索涵道螺旋桨动力装置工程设计新方法,在自由螺旋桨设计的基础上,根据Theodorsen的片条理论,涵道后缘的库塔条件以及边界页微元涡丝的诱导方程,构筑涵道螺旋桨叶片涡强度分布的计算模型,然后用该模型代替Prandtl的动量损失函数及环量函数,使自由螺旋桨的最小能量损失的设计方法推广到涵道螺旋桨基于Betz条件的最优设计。再根据给定的设计要求,即可计算出经过最优设计的涵道螺旋桨的基本尺寸以及涵道的基本尺寸。经过研究证明,在新方法中的涡强度分布计算模型在理论上是正确的,设计模型的风洞实验与理论计算数据基本吻合,证明了该设计方法的可行性。

单圆弧等厚叶片前后缘多元耦合仿生设计及降噪机理研究

采用计算流体力学(CFD)方法和实验测量方法分别研究了多元耦合仿生叶片的降噪机理及其对多翼离心风机气动性能和噪声特性的影响。基于逆向工程设计方法,通过提取苍鹰翼翅前后缘典型结构特征,设计了一种前缘波形结构耦合尾缘齿形结构的仿生叶片,同时对仿生叶片和多翼离心风机用单圆弧等厚度叶片的气动性能及流动和噪声特性进行了数值分析,通过比较揭示了多元耦合仿生叶片的降噪机理,得到仿生叶片尾缘的齿形结构可改变叶片尾缘脱落涡结构和频率、前缘的非光滑波形结构可减小叶片表面脉动以及气流对叶片前缘的冲击等结果。相对于原型叶片,仿生叶片的基频和倍频均有所下降,仿生叶片的A计权声压级降低了2.1dB。6种仿生叶片应用于多翼离心风机的实验研究表明:仿生叶片前后缘结构设计参数会影响多翼离心风机的风量、风压和噪声;采用多元耦合仿生叶片,风机噪声最大下降1.5dB,而风机的风量和风压基本不变。

基于人工神经网络的静子叶片优化设计

采用NURBS参数化构型技术以及人工神经网络技术,对某两级风扇的第二级静子根部叶型进行优化改型。优化后,非设计点处该静子根部至中部流动得到较大改善,总压恢复系数有一定的提高。风扇总压比有较大增加,绝热效率基本不变。优化结果表明,该方法能够对静子叶片进行较好的优化改善,能够提高优化效率,减少优化时间,具有一定的实用价值。

民用通风机气动设计新特点及设计方法的新发展

本文通过对一种新型高性能矿用局部通风机的设计、制造及试验全过程的综述，展现了新的先进设计体系在民用通风机上的成功运用，其研制特点是：（１）在叶片气动设计中为了降低叶根及叶尖区二次流损失，采用可控涡扭向规律设计，样机实测的高性能验证了这种方法的可行性和高效性；（２）在设计方法中采用较精确的数值反验算，获取最优设计方案，大大提高设计的准确性和成功率，并缩短了设计试制周期；（３）在设计过程中发展了计算机辅助三维叶片造型新方法，可以根据设计需要简便快捷地对叶片进行“前倾”、“倾掠”或“弯掠”造型，这些造型对减小各种二次流损失。

基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成模型及其应用

为利用TRIZ和仿生技术两类系统化创新方法来提高产品原理解的产生效率,提出一种基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成过程模型.整合了基于生物功能的创新原理,结合Matrix 2003冲突矩阵表,应用Matlab软件实现仿生模本寻找的可视化操作,并建立生物原型树形模型及产品仿生耦合模型.利用所提出的产品创新集成过程模型对风扇叶片进行创新设计,对改进前、后风扇叶片的性能进行了Fluent仿真分析.仿真结果表明:仿生创新风扇叶片在监测面和监测点处质量流率提高了6%,A级噪声值降低了7.8%.风扇叶片的创新设计验证了所建立的集成过程模型的可行性与有效性.

冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析

采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,对已有的某弯掠轴流风机进行数值模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。为满足给定的性能要求,以该风机弯掠叶片为基础,利用变型设计方法得到四种结构的叶轮并对其进行数值模拟和性能预测。比较分析Z=5时3种结构叶轮出口轴面全压分布云图及叶顶径向回转流面上流线分布图:叶顶前缘高压随叶片安装角的增加而增大;回转流面上流线分布均匀,叶顶吸力面前缘存在小的涡流区域,且随叶片安装角增加而增大。

某结构空心风扇叶片设计与分析

针对宽弦空心风扇叶片技术在大涵道比航空发动机设计中的应用研究,以某型宽弦风扇叶片为对象,探索了无芯结构空心风扇叶片结构设计和快速强度分析方法。定义了无芯结构空心叶片的几何特征参数,提出了1种基于NX Nastran快速强度分析方法,重点分析了加强筋数量、宽度对空心叶片强度和刚度的影响,并分析了制造偏差对结构设计的影响。结果表明:无芯结构宽弦空心风扇叶片设计方法可以实现无芯结构空心叶片结构设计和快速强度分析。

仿鸮翼前缘蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声的影响

针对某多翼离心风机,受鸮类翅膀前缘结构的启发,设计了一种新型降噪结构——仿鸮翼前缘蜗舌。基于逆向工程方法,通过提取长耳鸮翅膀气动性能较好的40%翼展方向上的翅膀剖面型线,对风机蜗舌进行了仿生降噪重构设计,并分别对原型风机和仿生蜗舌风机的气动性能和噪声特性进行了数值模拟。研究结果显示,仿鸮翼前缘蜗舌风机的风量较原型风机增加了1.9m3/min,噪声下降了1.6dB,效率提高了3.8%,表明采用仿生蜗舌有效降低了气流对风机蜗舌的冲击作用,抑制了流动分离的发生,在蜗舌附近区域流场的逆压梯度明显减小,涡的结构、强度和分布都有所改变。

小型甘蔗收获机除杂风机的气动设计

采用孤立叶型法进行除杂风机的设计,通过气动设计计算,设计出除杂风机叶片的基本结构和设计参数,同时结合Excel和Solid Works软件来建立除杂风机叶片实体模型。通过对模型的分析,为后续物理样机的设计与制造提供充分的理论基础。

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。