叶片砂石撞击损伤的数值模拟与分析

航空发动机叶片常受到被吸入的砂石等外物的撞击而产生损伤。针对这一问题,该文采用非线性瞬态动力学软件LS—DYNA中的接触冲击算法,对航空发动机叶片的砂石撞击的瞬态响应进行了数值分析。研究了不同的撞击位置及撞击速度对叶片瞬态响应及损伤的影响。结果表明：外物撞击速度越大,接触撞击力就越大,对叶片的损伤也越大;撞击位置越接近叶片尖部,叶根处的塑性硬化越强。该文结果对于进行叶片抗外物撞击研究,尤其是硬体外物的损伤研究具有参考价值。     

基于叶片应变测量的航空发动机风扇外物撞击监测识别

飞机在跑道上滑跑、起飞与着陆过程中的发动机外物撞击监测对其飞行安全保障至关重要.为监测识别发动机工作过程中的外物撞击事件,通过风扇叶片外物撞击模拟试验平台开展外物撞击模拟试验,采用应变测量的方法对叶片应力进行实时测量与分析,实现风扇外物撞击事件监测识别的目的.试验与分析结果表明:获取了数值模拟与应变测量的风扇转子叶片结...     

单盘转子系统受强动载荷作用的刚-塑性动力学响应

通常转子系统的响应分析是在弹性变形假设下进行的，但当转子受到强动载荷撞击时将产生塑性变形。本文结合转子动力学和塑性动力学，分析了单盘转子受强动载荷作用时的刚-塑性动力学响应。首先，将单盘转子系统简化为中间带质量块的简支梁，给出了在阶跃载荷作用下系统的各阶段响应模式。在此基础上，详细讨论了单盘转子在跨度中点受撞击时的动力学响应完全解，并结合龙格-库塔法得到了单盘转子的瞬态变形。所得结果可为转子系统的动力响应和失效分析提供依据。     

机场道面外来物撞击航空发动机转子叶片速度估算

针对机场道面外来物对航空发动机转子叶片的撞击损伤规律进行研究。以试验结果为基础,研究了空气旋流使外来物从地面加速运动至飞机进气道口的速度,然后利用动量定理推导了外来物从飞机进气道口至发动机转子叶片的速度方程;以叶片为参考系,建立了外来物撞击速度及撞击角度的表达式。最后,以某型飞机及其发动机为例,研究了外来物到达发动机一级转子叶片的速度变化规律,实验结果发现:外来物的运动速度不仅与外来物的材质、形状、大小有关,而且与飞机进气道距地面高度、进气道长度、发动机工作状态密切相关;外来物撞击叶片的方向与叶片表面不垂直。     

风扇叶片外物撞击瞬间转子振动响应分析

为研究风扇叶片外物撞击对转子振动的影响,参照某发动机设计搭建了风扇转子试验器,并结合有限元计算和锤击法试验获得了叶片的动静频,开展撞击位置、风扇转速等因素对转子振动特性影响试验。结果表明:风扇叶片遭遇外物撞击瞬间,转子振动频谱中叶片动频附近频率成分幅值变化明显;相比转子轴向位置振动,径向位置振动对外物撞击的响应很敏感且幅值变化明显;随着风扇转速升高,转子振动中叶片动频成分幅值会增大,而转子振动幅值并不一定会增大,振动幅值与撞击叶片编号、撞击位置等因素密切相关。     

变速Jeffcott转子系统瞬态不平衡响应的准稳态条件

Jeffcott转子系统加减速通过临界转速时,将发生由频率随转速变化的谐激励力引起的瞬态不平衡响应,本文既采用脉冲响应函数和Duhamel积分解析求解此响应;又采用离散变转动角速度,以一系列定转动角速度为激励频率的转子全响应来近似表示该瞬态不平衡响应,通过数值模拟与比较,找出转子全响应代替瞬态不平衡响应的定性适用条件,即变速转子瞬态不平衡响应的准稳态条件,为使用有限个定转速的转子主动平衡操作来完成慢变速转子的主动平衡创造条件。     

基于瞬态激励的感应电机转子位置检测

为解决感应电机低速和零速时的转子位置跟踪问题,提出一种电流瞬态响应二次测量结果相叠加获得转子位置的检测技术.利用逆变器产生的脉冲作为激励信号,通过瞬态电流响应得到可反映转子位置信息的寄生效应特征.讨论了逆变器馈电时瞬态激励转子位置检测的数学模型,针对脉宽调制(PWM)恒压源逆变器馈电时存在的死区效应、负面效应等负面非理想特性的影响;通过仿真手段分析了逆变器死区效应对电流瞬态响应的影响,并给出相应补偿策略;采用改进型的双模滤波器,有效地抑制了负面效应引起的共模和差模dv/dt及瞬态电流波形畸变.在3 kW感应电机试验平台上进行了验证,结果表明瞬态电流检测结果具有可反映转子位置信息的寄生效应.     

撞击位置与风扇转速对鸟撞过程的影响

鸟撞航空发动机风扇叶片严重威胁航空发动机的运行安全.对绿头鸭进行CT扫描,通过光滑粒子流体动力学(SPH)法建立绿头鸭真实鸟模型.将真实鸟模型及传统鸟体简化模型撞击平板仿真结果与Wilbeck真实鸟撞击平板试验结果对比,验证了真实鸟模型的准确性.对比分析了鸟撞静止风扇叶片与鸟撞旋转风扇叶片条件下鸟体及风扇叶片的瞬态冲击响应;选取836 r/min、1 984 r/min、3 344 r/min及3 772 r/min4个典型风扇转速研究了风扇转速对鸟撞过程的影响;分别选取1/6、2/6、3/6、4/6、5/6叶高位置为撞击位置,研究了撞击位置对鸟撞过程的影响.结果表明:叶片旋转对撞击过程中鸟体被切割块数、单个鸟块质量及受冲击叶片数量有直接影响,不考虑叶片旋转条件下的接触力、叶根应力、前缘应力等值明显低于考虑叶片旋转条件,使得对叶片应力及损伤预估偏保守,不利于叶片强度设计,因此在研究鸟撞过程中对叶片旋转运动应予以考虑.836 r/min转速下鸟体与叶片相互作用方式与其他转速有明显区别,836 r/min转速下鸟体动能减小,其他转速下鸟体动能增加,且鸟体动能增量随转速增大而增大;836 r/min转速下前缘应力峰值要大于1 984 r/min转速,其他转速下,前缘应力峰值随转速增加而增大;接触力、叶根应力随转速的增大而增大.随撞击高度的增加,在撞击点相对速度及叶片扭转角共同作用下,接触力、鸟体动能增量、叶根应力峰值、鸟体动能、叶片前缘应力均呈先增大后减小趋势,撞击3/6叶高位置时前缘峰值应力及鸟体动能增量最大,撞击4/6叶高位置时叶根峰值应力及接触力最大.     

基于BP神经网络的平板叶片阻尼反演方法研究

航空发动机在工作中容易受到外物撞击,包括跑道砂石、鸟体、机身零件等,对风扇和压气机造成损伤,导致机毁人亡的严重事故,故需要模拟外物撞击转子叶片,建立动态响应数值分析模型。其中阻尼系数是叶片振动分析最重要的物理参数之一,但其无法直接测量,本研究采用BP神经网络反演的方法得到平板叶片阻尼比。先取二十组阻尼比的叶片撞击仿真模型中的振幅和衰减时间,通过训练BP神经网络理论得到振幅、衰减时间与阻尼比的映射关系,再将实验得到的真实振幅和衰减时间输入映射关系,反演出真实结构的阻尼比。最后将阻尼比代入另一组参数的叶片撞击仿真,与试验结果进行对比,两者一致性较高,表明反演得到的阻尼参数是合理可靠的。     

航空发动机转子叶片的声波激振机理探讨

探讨航空发动机转子叶片受迫振动可能存在的共振形式,分析叶片振动的诱因机理.指出发动机静子可调叶片的调节规律如果出现错误,就会象簧鸣乐器中的簧片一样发出声波,在某种条件下可能成为转子叶片的激振源.当可调叶片发出的声波频率与转子叶片的某阶固有频率或其整数倍、分数倍接近时,会使转子叶片发生共振.此外,由声波引起的气动力也可能导致叶片颤振.上述两种情况都会造成叶片损坏.     

转子叶片在声波激振作用下的谐响应数值仿真分析

基于有限元理论的预应力谐响应分析方法,利用有限元分析软件ANSYS对转子叶片进行数值仿真分析,探讨当激振声频一定时,声强与转子叶片应力响应之间的关系曲线,以及当声强一定时,激振声频与叶片应力响应之间的关系曲线。通过谐响应数值仿真分析可知,当作用在转子叶片上的声强到达150dB,且声波激振频率在750Hz左右时,转子叶片产生明显的共振现象,叶片的应力明显增大。在设计转子叶片的工况时,应该采取相应的措施以避免在此处产生共振,提高转子叶片寿命,以及安全性能。     

涡轮增压器叶片高低周疲劳寿命特性分析

转子是涡轮增压器高速旋转部件,在运行中承受高低周疲劳载荷,其安全运行尤为重要.为获得涡轮增压器叶片的高低周疲劳寿命,通过改变高低周疲劳中高周应力比和单个复合疲劳载荷块中的高周频率,分析疲劳寿命特征,建立了基于Miner理论的寿命评估模型,利用此模型分析得出160 000 r/min转速下涡轮叶片的高低周复合疲劳寿命.通...     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

鸟撞损伤风扇气动性能的适航符合性研究

为探索鸟撞损伤对风扇叶片气动性能的影响及适航相关条款的符合性,选取某典型大涵道比风扇转子为研究对象,对鸟撞损伤模型进行简化,采用全周数值模拟方法,研究了中鸟对典型风扇转子叶片损伤后造成的风扇气动性能变化,结果表明:不同数量叶片损伤时,风扇近堵点流量、峰值效率、稳定裕度及峰值效率点推力都较原型有不同程度的下降,变化量与损伤叶片数不呈线性关系;损伤3片叶片时,风扇峰值效率点推力相较于原型下降11.35%,最大推力相较于原型下降20.68%,故满足适航审定中推力损失不超过25%的要求.不同数量的损伤叶片自损伤处到叶尖通道内存在不同程度的流动分离,并导致风扇进出口流场发生了不同程度的畸变.     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

水下航行器海流发电装置叶轮的数值仿真

针对水下航行器航行过程中的能源补给问题,设计了一种用于水下航行器的垂直轴海流发电装置.为探索稳定海流中发电装置叶轮的受力特性和功率输出特性,利用滑移网格技术对叶轮流场进行了二维非定常数值仿真,结果与实验数据较为吻合.针对4叶片和3叶片叶轮分析了叶轮旋转速度ω和叶片翻转角θ对叶轮发电性能的影响,结果表明,3叶片叶轮最大输出功率要高于4叶片叶轮,展长为1 m的3叶片叶轮在v∞=1 m/s、θ=120°和ω=0.3 rad/s时获得最大平均输出功率29.33 W.分析了3叶片叶轮在来流v∞=1 m/s下速度场的基本特点,为实际的设计安装工作提供了预测和指导.     

转子叶片三维实体建模与应力分析

本文使用CAD软件CAXA建立三维转子叶片系统实体模型,将模型导入CAE软件Patran中进行有限元分析。在叶片顶端施加均匀剪切载荷,分析转子和叶片中的应力位移分布规律,结果表明各个叶片位移分布相同,顶端位移最大,mises应力和剪切应力则在叶片根部最大,mises应力和剪切应力沿叶片径向分布规律相同。所得结果可以为实验研究转子叶片系统提供数值参考。