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。

风扇转子叶型侵蚀前缘再造型优化设计

针对前缘侵蚀风扇转子叶型的优化设计问题,以某小型大涵道比涡扇发动机前缘侵蚀风扇转子叶片50%叶展截面叶型为研究对象,开展侵蚀前缘再造型的多工况、多目标优化设计。选取0°、+4°和+6°攻角作为参考工况,应用层次分析法分别建立各工况的权重,通过商业软件NUMECA中FINE/Design3D模块开展大半径环形叶栅优化设计。结果表明:前缘优化显著改善了前缘侵蚀叶型的气动性能,优化后叶型不仅能够恢复60%以上的由于前缘侵蚀导致的总压损失系数增大,而且在+4°攻角下总压损失比原始叶型的减小了4.3%。此外,前缘优化对叶型吸力面前缘分离泡的产生和生长具有一定的抑制作用,使其附面层厚度保持较为良好的发展状态,有效地减小了附面层内部的流动损失。

航空发动机风扇转子动叶的选配优化技术

对于航空发动机风扇转子动叶型号选择过程中,叶片资源基础利用效率低的问题,生产企业要以转子动叶弯曲分散度、扭转离散度以及叶片重力差作为选择标准,以叶片数据库作为完善目标,有效提出叶片智能化计算方式,进而实现叶片选择高效化生产目标。为有效提升航空发动机风扇转子设备运转平衡程度,叶片零部件在安装之前,需要按照叶片固定安装频率和位置进行型号选择以及零部件安装,并且根据叶片运转情况选择适合的选配优化技术,有效提升叶片资源的使用效率,降低叶片调整频率。

跨音风扇转子叶片抽吸气数值实验探索

通过选择合适的位置,在叶片表面开缝,从流道中抽取一定量的气体,可以在一定程度上改善流动性能,从而对风扇转子的效率和压比产生影响。ATS-2跨音风扇转子计算实例表明,吸气后分离区明显减小;在很小的吸气量和开缝面积情况下,已经能够对风扇的效率和压比产生明显的正效果。在叶片不同的位置吸气,产生的效果也各不相同。适当增加开缝面积和吸气量,有利于吸气的正效果。

高速多级风扇转子后流场测量

针对高速多级风扇转子出口流场的特点 ,突出追求高频响、小尺寸、高精度、可靠性 ,发展了一种圆柱单孔高频压力探针。借助位移机构和高速数据采集处理系统 ,并在测量过程中实时标定传感器零点和灵敏度 ,成功地直接测出了某高速多级风扇第三级转子出口二维周期性流场。以数据的准确性和精细的分辨率 ,为这个级的修改设计提供了重要的真实流场依据 ,并证明了这种探针、测量和数据处理计算方法及测量系统简单、精细、实用和可靠。

高负荷风扇转子叶片反问题设计

为改进高负荷风扇转子性能,采用了一种工程适用的叶片反问题设计方法。该方法使用粘性CFD与数值优化相结合,适合具有高进口马赫数、高逆压梯度流动特征的高效叶型设计,并应用二维叶型反问题加三维积叠的叶片设计思路,充分继承了已有的基元叶型积叠准则,极大地缩短了计算时间。利用发展的反问题设计平台,完成了叶片的反问题设计。三维数值模拟结果表明:反问题设计的转子叶片能较好地控制转子尖部激波结构,减小激波损失,提高效率,增大稳定裕度。

叶尖间隙对高负荷风扇转子性能影响的数值研究

在不同叶尖间隙下,对高负荷风扇转子的特性进行了研究;通过数值方法分析了叶尖间隙对转子特性的影响。结果表明:适当小的叶尖间隙可以使转子获得较好的性能;作为泄漏流的反应,外壁机匣上所形成的静压槽随着间隙的增大、反压的提高而扩大;在不同叶尖间隙下,叶尖附面层和泄漏涡的破裂对风扇转子的失速起不同作用。

跨音风扇转子弯掠结合的数值优化设计

为了研究弯掠结合对风扇气动性能的影响,采用基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于遗传算法的数值优化程序,对跨音风扇转子NASA Rotor67进行了优化设计。首先对所开发的三维N-S方程求解程序进行了实验验证,完善了遗传算法和响应面方法相结合的具有全局寻优能力的优化程序,以总压比最大为设计目标,应用该优化方法对NASA Rotor67进行弯掠两个自由度的气动优化设计。结果表明,弯掠联合的采用可以有效地改善流场内的流动状况,在质量流量和绝热效率严格满足约束条件的情况下,总压比提高了1个百分点;该优化方法是可行的。

风扇转子箍环与机匣间容腔的全三维数值模拟

转子箍环结构能减小风扇尖部振动,但引入箍环结构后形成的尖部泄漏流会影响高负荷风扇的气动性能。首次利用全三维数值模拟方法,研究了转子箍环结构对风扇性能的影响。模拟过程中,采用多块网格技术,生成转子箍环与机匣间容腔复杂几何结构的网格。结果显示:泄漏流对转子尖部流动及总性能参数影响很大;优化的转子机匣容腔结构可有效减少泄漏流,改善转子尖部流动,提高总性能参数。

低展弦比跨音速轴流风扇转子流场三维数值模拟

应用基于时间推进的有限差分法求解跨音速压气机风扇转子内部三维粘性流场．该方法以新型ＬＵ隐式格式和改良型 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式为基础，对三维可压缩雷诺平均 Ｎａｖｉｅ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和低雷诺数ｑ－ω双方程湍流模型进行求解．计算得到了ＮＡＳＡ Ｌｅｗｉｓ ６７跨音速、低展弦比轴流风扇转子的性能曲线并重点分析了近最高效率点工况和近失速工况下的内部流场．计算与实验结果的对比表明此方法能够得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高，可用来模拟跨音速风扇转子内部流动．

某跨音风扇转子全三维设计与数值模拟

本文采用与三维流场分析程序相匹配的任意叶轮机通用叶片造型程序,进行某单级高通流、跨音、宽弦长风扇转子设计。在设计过程中,通过调整转子进口流量、出口总压、叶片最大相对厚度和前后缘厚度等参数沿径向的分布,弯度和最大弯度位置沿弦向的分布,从设计上减弱了叶片上部的激波强度、降低了激波及其关联的损失,克服了该转子叶尖高相对马赫数和低损失、高效率的矛盾。最终获得满足气动性能和结构强度的风扇转子.

一类高压比新概念风扇转子激波结构探索

为适应未来超声速巡航飞机动力系统的要求,作为一种可能的解决方案,本文对于一类来流为轴向超声速、出口为相对亚声速的高压比新概念风扇开展了研究,主要采用三维定常粘性数值方法对转子通道内部激波结构进行了初步探讨,根据流场分布构造了转子三维激波结构,为此类风扇气动设计提供了一定的依据。

风扇转子的气动优化设计研究

风扇转子气动优化设计是结合CFD、遗传算法和风扇特性的跨学科自动设计方法,这种设计较少依赖经验,能实现多目标和多设计参数组合的优化设计。先研究了四个关键技术:具有耗时少、计算较准确的叶片通道流场数值计算方法;具有良好寻优能力的数值最优化方法;三维叶片造型的参数化方法;以气动性能为目标的多目标函数构建方法。再将上述四个关键技术模块整合,构建简易的气动优化设计软件。三维叶片优化算例证明了该软件的设计能力,其设计结果较满意、设计效率较高、设计周期短。

跨音速风扇转子叶片前缘再造型优化设计

风扇转子叶片在运行过程中由于冲蚀磨损等作用会发生前缘侵蚀现象,以某型大涵道比涡扇发动机钛合金风扇转子叶片为研究对象,开展前缘侵蚀气动特性影响及再造型设计研究,重点分析工作特性曲线及叶尖区域流动特点,叶片前缘采用钝头处理来近似模拟侵蚀对前缘形貌的作用效果,采用NUMECA软件中的FINE/Design 3D模块进行侵蚀前缘再造型优化设计研究。数值计算结果表明,前缘侵蚀会造成风扇转子叶片流量-压比、流量-等熵效率工作特性线整体分别下移0.86%和0.53%,稳定工作裕度下降,叶尖激波结构前移等。经前缘再造型后,风扇转子叶片的气动性能恢复至原始叶片水平。

试配平法在发动机风扇转子配平中的应用

一些早期飞机没有装载配平软件,发动机现场配平困难,通过采取在发动机现场用试配平法的基本原理、操作步骤,配重大小和方向的计算方法,及在发动机风扇转子配平中的具体应用,证明了试配平法在发动机风扇转子配平中的应用是可行的、有效的,保证了发动机的正常使用和飞机的飞行安全。

一种高转速整体叶盘式风扇转子试验器设计

基于叶片外物撞击监测识别试验的需要,设计搭建了一种高转速整体叶盘式风扇转子试验器,总结阐述了试验器总体设计方法、难点解决方法。采用流固耦合方法实现叶片气动结构的设计,阐述了整体叶盘结构设计方法,并对叶盘结构进行了强度校核。针对转轴线速度高带来的轴承润滑封严问题,采用喷射润滑方式以及篦齿封严结构,对滑油腔布局、进回油路径等关键点进行了设计阐述。为实时监测外物撞击过程转子健康状态,设计了滑油温度、转子振动、叶片动应力监测系统,调试试验表明:转子结构设计的合理性,以及设计方法的科学性,为相关转子试验器设计和试验系统设计提供了一定的借鉴。

一种叶片更换后风扇转子静态再平衡方法

风扇叶片更换是高涵道比涡扇发动机外场维护的常见工作,但此工作影响风扇转子的平衡性,使得发动机工作时振动加剧、性能衰退加快。因此,生产商推荐成对更换风扇叶片,并要求在叶片更换后对风扇转子执行静态再平衡工作。详细分析飞机维护手册中基于矢量加减的作图法,梳理出风扇转子静态再平衡的具体步骤,完成作图法的公式化;再基于C++语言开发出相应的静态再平衡软件,完成其程序化。相较传统的作图法,实际维护案例中运用本文方法,能更快速、方便地计算出配平方案和残余未配平的不平衡量,且还能消除更换叶片对数目较多时繁琐的作图过程,可作为发动机生产商提供给用户的外场维护工具。实践表明该程序有效,具有较强的通用性,对其他型号高涵道比涡扇发动机风扇转子的静态再平衡工作也具有参考意义。

航空发动机风扇转子试验器动力学特性研究

以某型航空发动机风扇转子为参考,在结构相似和动力学特性相似约束条件下开展了风扇转子试验器的设计与动力学特性研究工作.利用转子动力学有限元分析技术研究了各参数对风扇转子试验器模态的影响,结合其动力学相似设计的一般流程,得到了通过调整风扇转子试验器参数实现试验器动力学特性控制的一般方法,给出了风扇转子动力学试验器的具体设计参数.

空调贯流风扇转子振动对支承轴承受力及寿命影响

以空调贯流风扇转子支承轴承为研究对象,通过对贯流风扇转子及轴承的力学分析,建立了贯流风扇转子支承轴承的滚子受力计算模型.通过对转子的结构分析,进行集总质量离散,建立了对这种特殊结构的转子振动性能进行数值计算的模型.结合滚动轴承疲劳寿命计算方法,建立了考虑转子振动时支承轴承疲劳寿命的计算模型.针对具体算例开展研究的结果表明,考虑与不考虑贯流风扇转子振动时支承轴承受力及疲劳寿命具有明显差异.在考虑贯流风扇转子振动条件下,研究了贯流风扇转子转速、转子长度以及风扇叶片数目对支承轴承滚子载荷和疲劳寿命的影响.发现随着转速的增大,贯流风扇转子长度的增加以及风扇叶片数目的增加,轴承滚子所受载荷增加,轴承寿命下降.