Foreign Object Damage to Fan Rotor Blades of Aeroengine Part Ⅰ: Experimental Study of Bird Impact

The conditions of experiment for bird impact to blades have been improved. The experiment of bird impact to the fan rotor blades of an aeroengine is carried out. Through analyzing the transient state response of blades impacted by bird and the change of blade profile before and after the impact, the anti-bird impact performance of blades in the first fan rotor is verified. The basis of anti-foreign object damage design for the fan rotor blades of an aeroengine is provided.     

不同的力-时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响

本文以矩形悬臂板模拟真实叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。通过分组比较,分析了不同的力—时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响。本文得出的结论可供建立鸟撞击载荷模型时参考。     

鸟撞击载荷的冲量与时间因素的确定

为了预估叶片对鸟撞击的响应，首先要建立鸟撞击载荷模型。为此，需要确定载荷的冲量、时间因素及空间因素。其中时间因素包括加载持续时间及力一时间函数。本文介绍了鸟撞击刚性靶体时，确定其冲量及加载持续时间的一种理论计算方法。按正撞击与斜撞击、含切割过程与不含切割过程分别导出计算公式，并根据某型号发动机的有关参数给出计算实例。文中还介绍了一种无量纲形式的力－时间函数。该函数形式简单，且综合了计算分析与实验测量两方面的结果。以上内容均可供建立鸟撞击载荷模型时参照使用。     

发动机叶片鸟撞击瞬态响应的数值模拟

 简介了叶片鸟撞击瞬态响应的计算方法, 并采用接触冲击算法计算模拟了不同质量的鸟撞击单个、多个及整级叶片的瞬态响应过程。结果表明: 接触冲击算法能较为真实反映叶片鸟撞击过程; 不同质量的鸟撞击叶片时, 叶片变形与应力有较大的差异; 大质量的鸟撞击时, 必须考虑撞击区附近的局部塑性变形、叶尖位移以及叶根的局部塑性变形。研究结果对于进行我国叶片抗鸟撞击损伤设计具有重要参考价值。     

基于MCMC方法的运输类飞机鸟撞冲击能量研究

鸟撞冲击能量是运输类飞机结构安全设计和鸟撞适航条款制定的重要基础,目前我国运输类飞机鸟撞相关研究都是参照FAA中的鸟撞冲击能量标准要求,并没有考虑我国的自然环境等特点.针对这一问题,运用马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)估计方法,采用Gibbs抽样原理,在贝叶斯理论的框架下,对我国运输类飞机鸟撞冲击能量开展了研究,在小样本条件下对鸟撞冲击能量概率分布进行估算,为后续鸟撞安全性分析提供了重要基础.     

不同应变率下叶片的瞬态响应分析

鸟与航空发动机叶片相撞时，叶片的是在高应变率下变形的。由于材料的性能随应变率的变化发生变化，因此在计算叶片的瞬态响应时，应当考虑这一材料性能的变化的影响。本文分析了不同应变率下鸟正撞击时模型叶片的瞬态响应。结果表明，在高应变率下，叶片的弯曲变形与局部变形都偏小；叶片受撞结束后的振动周期增大。     

某发动机一级压气机叶片抗鸟撞数值模拟

基于PAM．CRASH显式碰撞分析软件,建立了鸟撞发动机一级压气机叶片全尺寸有限元计算模型。计算分析了真实工况下鸟撞发动机叶片不同部位时鸟体及叶片的变形过程和动态响应。计算结果表明,鸟体被叶片切碎的大小及叶片变形程度与鸟体撞击叶片部位有关,鸟体撞击叶片根部时鸟体大部分从叶盘下通过,叶梢位移较小而叶根等效应力较大,导致叶片从根部发生断裂的可能性较大;撞击中部时,整个鸟体被叶片切碎后沿着叶片缝隙穿过,叶梢位移和叶根等效应力处于中等水平,对叶片损害不大;撞击梢部时,叶根等效应力很小,但叶梢位移很大,相临叶片发生撞击可能使发动机无法正常工作。     

鸟撞作用下的叶片丢失及包容数值模拟

利用MSC软件,建立了鸟撞航空发动机叶片转子级的有限元模型,采用流固耦合及接触算法,分析了鸟撞导致叶片破裂丢失以及机匣包容的过程,模拟了机匣结构特性差异及其影响.计算结果表明,质量(动能)较大的整片叶片丢失容易击穿机匣,并可能引起新的叶片丢失及包容性问题(二次损伤);而部分叶片断裂丢失的影响较小,一般不会击穿机匣,也难以引发二次损伤.整个过程复杂多变,运动、变形、破坏及能量交换等多因素并存.      

夹层厚度对结构的抗鸟撞性能的影响

采用数值分析的方法对不同夹层厚度的夹层板进行了鸟撞仿真,分析了不同的夹层厚度对结构的抗鸟撞性能的影响,获得了夹层厚度对结构吸能性能的影响趋势。这对于面向抗鸟撞的民用飞机尾翼前缘结构设计有重要意义。     

飞机前风挡鸟撞动力响应分析

采用DYNA3D有限元分析程序,对飞机前风挡进行了全面的鸟撞分析.通过选取合理的载荷形式、加载过程及力值,可以采用解耦解法来计算风挡的鸟撞动力响应问题.风挡的鸟撞区域应力最大,主应力的最大值沿风挡短跨度方向.胶片特性对风挡抗鸟撞能力影响显著,胶片层弹性模量和玻璃层差1～2个数量级时,结构只有一个中性层;相差接近3个数量级时,结构出现多个中性层.计算模拟分析结果和试验结果吻合较好,可用于分析、设计其它风挡玻璃的抗鸟撞能力.