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.     

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。     

空心风扇叶片高循环疲劳试验设计与验证

基于实际大涵道比航空涡扇发动机宽弦风扇叶片的结构特征，设计、加工了空心风扇叶片结构模拟件，完成了空心风扇叶片高循环疲劳试验设计，并着重对其叶身空心结构部分抗疲劳能力进行了试验验证.试验结果表明试验夹具和试验件的设计能够完成空心风扇叶片高循环疲劳考核的目的.同时，该空心风扇叶片结构叶身部分对应1×107次循环的高循环疲劳强度介于370MPa至400MPa之间，满足其在最大工作状态下疲劳强度不小于324MPa的高循环疲劳设计要求.因试验件数量相对较少，仅获得了给定应力水平下的高循环疲劳寿命数据，后续可按照该技术途径和方法流程适当增加试验件数量，以获取疲劳极限进而构建其应力-疲劳寿命曲线，为工程研制奠定基础并积累数据.      

航空发动机风扇叶片与机匣刮蹭分析及结构设计

针对异常载荷下,航空发动机宽弦风扇叶片的叶尖与机匣刮蹭变形及损伤特征缺乏数据支持,而传统理论计算方法存在较大的误差问题，建立了宽弦风扇叶片叶尖刮蹭显式动力学分析模型,采用宽弦风扇叶片与机匣刮蹭试验数据,对分析模型的计算精度进行了验证。基于分析模型进行了仿真参数的敏感度分析,得到了叶片与机匣刮蹭后叶片变形及机匣损伤规律。研究结果表明:叶尖伸长量对转子转速非常敏感，叶尖径向伸长量增加速率远大于转速增加值，因此在叶片设计中应考虑到风扇叶片极限转速下叶尖伸长量。同时需要选取合理的扭转角度以满足叶片安全性和气动性能的要求。在风扇机匣包容区设计中应主动考虑异常载荷的影响，增大安全性设计域度；设计合理的耐磨层材料参数，减小风扇叶片对其冲击损伤。采用该方法可以提高叶尖间隙控制精度,减小刮蹭对叶片和机匣造成的损伤。      

航空发动机宽弦空心风扇叶片的发展及应用

本文详尽地介绍了国外宽弦空心风扇叶片的设计、加工、试验和应用,分析了它的优势以及未来的发展前景,并结合我国的实际提出了几点建议。     

复杂外形航空发动机TC4钛合金宽弦空心风扇叶片弯扭成形

弯扭成形是钛合金空心风扇叶片制造中一种有效的辅助成形手段,赋予空心叶片毛坯理想的过渡形状,改善工艺性。针对应用于大涵道比涡扇发动机的TC4钛合金宽弦空心风扇叶片的工艺试验件,研究适用于复杂外形叶片的单轴扭转与双轴扭转两种弯扭方法,提出了夹头运动参数的设计方法,分析了机构的运动规律以及成形原理。基于有限元模拟,研究了扭转方式以及弯扭路径等关键工艺参数对于制件外形、变形区分布、扭转力矩以及表面缺陷的影响,并进行了弯扭实验。结果表明,采用单轴扭转方式,弯扭温度为750℃,叶尖夹头扭角为20.4°,扭转速度为0.68(°)/min,能够将平板毛坯成形出合理的过渡形状。弯扭后面板上出现了失稳凹陷,与有限元结果一致。     

罗-罗公司的宽弦风扇叶片

对于现代高涵道比发动机来说,风扇是最关键的部件之一,它能提供80％的推力。风扇的转速要求达到3000～4000转/分,通过风扇的空气流量可达到10000千克/秒,因此风扇的设计要十分仔细。其中风扇叶片不但要求气动性能好而且重量轻和抗外物撞击。 据称,罗-罗公司的风扇叶片有很高的可靠性,无论是普通的还是宽弦的风扇叶片在使用中从未发生过损坏。例如,RB211的普通风扇叶片的无损伤记录超过4000万小时,RB211、泰和V250O发动机的宽弦风扇叶片则超过1000万小时,这在航空发动机制造业实属罕见。预计这种大型空心宽弦风扇叶片,在遄达700和遄达800发动机上也能保持很好的记录。     

宽弦空心风扇叶片大鸟撞击试验研究

为了建立钛合金空心风扇单叶片大鸟撞击试验方法，针对宽弦钛合金空心风扇叶片开展了大鸟撞击叶片位置敏感性分 析、鸟撞参数设计及鸟弹姿态控制研究，制定了大鸟撞击风扇叶片试验方案，完成了试验装置设计并进行了验证试验。结果表明：钛 合金空心风扇叶片对大鸟撞击位置敏感性强，撞击最危险位置为50%叶高处；通过采用人工明胶鸟弹、优化弹托和增加泄压段，可 有效提高鸟弹姿态控制精度；验证试验结果与设计预期吻合度良好，表明风扇叶片静止且鸟与风扇叶片的相对速度为工作状态下 的大鸟撞击试验可有效模拟大鸟撞击叶片的冲击历程。     

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.     

先进的V2500系列涡轮风扇发动机

IAE国际航空发动机公司是由美国普惠公司、英国罗·罗公司、日本航空发动机公司和德国航空发动机公司这4家全球优秀的飞机发动机制造商组成,具有当今航空航天领域先进的技术。V2500系列的涡轮风扇发动机是IAE公司1983年开始研制和生产的。IAEV2500发动机目前的额定推力值为22000-33000磅,为快速增长的150座级飞机市场提供了动力装置。V2500发动机有3大主要特点:宽弦空心的风扇叶片、"浮壁"燃烧室、高效的燃油率。V2500最引人注目的特点之一就是它的风扇叶片,采用的是由罗·罗公司设计和发展的无凸台宽弦空心叶     

艰辛创精品 协力铸辉煌罗-罗公司的三轴发动机及其新技术(下)

新技术是ＲＢ２１１和　达成功的关键，主要包括以下几个方面。宽弦叶片风扇罗－罗公司取得的最大进展之一是１９８４年在－５３５Ｅ４发动机上采用了空心的宽弦风扇叶片，之后在－５２４和Ｖ２５００上也采用了这项技术。以前，实心结构的钛合金风扇叶片的弦长由于受叶片重量所限不能太空。这是因为考虑到一旦风扇叶片发生故障，必须能有效地包容。弦长相对窄的叶片的气动弹性很不稳定，需要采用一个减振器或阻尼器以防止发生颤振，因此降低了叶片的效率和流通量。在采用了空心结构之后，风扇的重量减轻了，刚性增强了，而叶片数目的减少也…     

大涵道比宽弦风扇叶片连接结构设计及分析研究

在分析民机大涵道比风扇叶片设计特点及发展趋势的基础上,重点介绍了高负荷高切线速度宽弦风扇转子叶片连接形式的特点,给出不同的风扇叶片连接结构设计方案．并对其优缺点进行了对比分析。     

V2500发动机的维修问题及改进型V2500 SelectOne发动机

V2500发动机是IAE国际航空发动机公司于80年代研制生产的双转子轴流式高涵道比涡轮风扇发动机.它具有无凸台的宽弦空心的风扇叶片、"浮壁"燃烧室和高效的燃油率三大特点.     

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.      

宽弦空心风扇叶片流固耦合作用下的叶片响应分析

利用数值模拟的方法,对宽弦空心风扇叶片在空气场作用下的瞬态响应进行了研究.采用流固耦合数值计算方法,得到了某宽弦空心风扇叶片在非定常边界条件下的变形响应.计算结果表明,叶片在空气场的作用下,最大位移发生在叶片前缘叶尖处,在沿叶展方向与叶片内部芯板结构沿叶展方向分布重合处产生应力集中,应力值由叶片表面向叶片内部逐渐减小,内部芯板虽然厚度较薄,但分布应力值均较小,且应力集中发生在叶片表面.气动力与叶片结构之间的耦合作用,使叶片结构模态振型沿周向不再均匀分布.叶片在气固耦合时的变形响应以绕旋转轴的弯曲振动为主,接近叶片的一阶模态变形.      

F136发动机及其关键部件

F136发动机是在YF120-GE-100发动机的基础上为JSF计划研制的新一代发动机。它的直径为1.09m的3级风扇采用20片三元气动设计的高流量宽弦钛合金叶片,第1级叶片为空心结构;第2,3级叶片为实心结构,3级叶片全部采用线性摩擦焊焊接的整体叶盘结构。5级整体叶盘结构的压气机也采用三元气动设计,转子叶片叶尖前掠,静子叶片为弓形,前2级用钛合金加工;后3级采用钢加工。燃烧室为由多孔层板加工的单头部双层壁环形燃烧室。单级高     

工艺动态

Ｆ１１９－ＰＷ－１００发动机特点·整体叶盘。在多数级上的盘和叶片都用整体金属制造,性能更好,气流泄漏少。·宽弦。无冠风扇叶片,较宽而坚固的风扇叶片不需要叶冠,也不需要喷气发动机风扇那样的金属环。宽弦叶片和无冠设计使发动机效率更高。·Ｃ合金高强度抗燃烧...     

航空发动机宽弦风扇叶片鸟撞损伤模型标定

为建立航空发动机风扇叶片抗鸟撞载荷能力的量化预测方法,针对特定的航空发动机宽弦风扇叶片设计,依据发动机在典型工作状态下的吸鸟速度、角度等撞击参数开展叶片鸟撞试验,采用显式动力学数值仿真方法,建立叶片鸟撞试验仿真分析模型,并通过对模型中叶片材料参数、鸟体本构模型参数、鸟与叶片耦合接触参数进行敏感度分析,对模型进行标定.结果表明,标定后的鸟撞分析模型所预测的叶片损伤模式与试验结果一致,预测的损伤位置与试验测量结果误差小于10%.      

基于积叠线的风扇叶片优化与振动特性研究

为了改善航空发动机风扇叶片静强度和振动特性,以风扇叶片静应力和应变能密度指数为优化目标,采用Kriging 代理 模型和微种群遗传算法,分析风扇叶片重心积叠线周向构型变化对叶片强度振动性能的影响。以叶片重心积叠线周向构型为设计 参数,实现风扇叶片参数化建模和有限元网格的自动划分及有限元计算。建立航空发动机风扇“参数化建模—有限元仿真—强度和 振动特性优化”的一体化平台,对某宽弦风扇叶片进行优化设计。结果表明：优化后叶片中心的高应力区向叶尖偏移,叶根前缘的高 应力区得到了改善,最大静应力减小了5.45%,应变能密度指数减小了5.94%,在相同载荷下的第1 阶振动应力裕度从66.81%提高 到了70.46%;叶片的固有频率、振型和共振裕度等没有明显变化,表明此优化算法可有效改善叶片的静强度和振动应力分布,且不 会对其他振动特性产生不利影响。     

遄达叶片包容试验获得成功

最近,罗·罗公司的遄达发动机顺利完成了风扇叶片包容试验,而且一次试验成功。这标志着遄达发动机在发动机取证道路上又迈过了一个决定性的里程碑。遄达700型发动机装有3英尺长的钛合金宽弦风扇叶片。叶片包容试