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。

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。

某型风扇转子叶片裂纹失效分析

针对某型风扇转子叶片的榫头工作面及叶身与缘板转接部位在振动疲劳试验后发现的裂纹故障,通过外观检查、断口分析、表面检查、成分分析、金相组织检查、硬度检查和有限元分析,对故障叶片的裂纹性质和萌生原因进行分析。结果表明:故障叶片2条裂纹的性质均为高周疲劳,A裂纹的萌生与叶片表面的加工刀痕有关;B裂纹的萌生是由夹具和榫头工作面之间的磨损导致。

航空发动机带凸肩风扇转子叶片裂纹产生原因

某航空发动机TC4合金风扇转子叶片凸肩根部转接部位过早产生裂纹,通过宏观形貌观察、断口分析以及接触放电试验,分析了裂纹产生原因。结果表明:失效风扇转子叶片裂纹为疲劳裂纹,裂纹萌生于叶片叶盆侧凸肩根部至排气边的转接区域表面;在叶片凸肩耐磨层钎焊过程中,感应线圈靠近或接触叶片基体而发生接触放电,导致叶片基体局部熔化烧伤和阻流剂熔化,是叶片萌生疲劳裂纹的原因。建议采用绝缘胶布对感应线圈进行绝缘处理,选取合适的感应电流和焊接距离,以防止线圈与叶片之间发生接触放电。

预应力对风扇转子叶片振动特性的影响

为研究离心载荷和气动载荷作用对风扇转子叶片振动特性的影响,在考虑预应力的状态下对大尺寸航空发动机风扇转子叶片的振动特性进行了研究。分别考虑几何小变形和大变形条件对预应力的影响,计算并对比分析了不同转速下风扇转子叶片的频率和振型。与叶片实测频率对比表明,考虑大变形条件计算的叶片频率更接近实测频率(仅相差1.82%),小变形条件计算的叶片频率与实测值最大相差6.88%,扭转振型所对应的频率值差别尤其明显。说明小变形条件分析大尺寸风扇叶片所产生的误差不可忽略,大变形条件下的模态分析更精确。

某发动机风扇转子叶片涡流检测传感器设计

本文针对某型发动机试验分解后风扇转子叶片表面缺陷现场涡流快速检测难题,详细阐述了涡流传感器的设计原理,针对检测对象特点设计制作了专用涡流传感器,并通过试验验证。结合验收要求,设计加工了对比试块,最终实现风扇转子叶片表面缺陷现场快速、准确检测,为设计部门提供了有力的检测数据支撑,缩短了发动机的分解检查周期。该技术具有极强的实际应用及推广价值,可以为其他型号发动机叶片涡流检测提供参考。

航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞改进设计

为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估,分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明:真实鸟体撞击风扇转子叶片后,主要造成叶片前缘变形、卷边和撕裂。风扇气动性能随叶片前缘半径增大而降低,当前缘半径超过0.25 mm后,风扇的稳定裕度急剧下降;最大厚度位置后移对风扇气动性能有益,但风扇转子叶片抗鸟撞能力下降。在保证风扇气动性能的前提下,通过合理选取设计参数,对风扇转子叶片进行改进设计,改进后叶片的抗鸟撞能力由30 g提高到50 g,抗鸟撞能力得到明显提升。

GE公司变循环发动机的发展

综述了GE公司自20世纪60年代至今所研制的5代变循环发动机(VCE)的发展历程、性能特点和结构特征。对第1代VCE的可调面积涵道引射器的结构及性能、第2代VCE的核心驱动风扇级的演变历程及结构特征和第5代变循环发动机的"叶片上的风扇"(FLADE)结构形式进行了详细描述,对目前已经研制成功但尚未工程应用的F120变循环发动机进行了介绍。