小涵道比涡扇发动机吞鸟能力仿真评估与验证

军用航空发动机的吞鸟能力须满足国军标和适航相关规定,可靠的发动机吞鸟能力评估方法是开展吞鸟试验的基础,可降低试验风险、提高试验成功率。以国内某涡扇发动机研制中的吞鸟能力仿真与验证项目为基础,提出基于仿真分析、动量类比法和接触应力类比法的发动机吞鸟能力评估方法。根据相关标准规范,确定试验要求,开展整机吞鸟试验验证,通过4 次整机吞鸟试验,验证了本文提出的发动机吞鸟能力评估方法的准确性,获得了发动机吞鸟能力底数。试验结果和评估方法可为其他涡扇发动机型号研制提供参考。     

航空发动机吞鸟试验要求与验证

针对国内开展航空发动机吞鸟试验较少、试验方法尚不成熟、不规范等问题,从吞鸟试验标准条款要求入手,对比分析 了GJB241A、GJB242A、GJB3727、CCAR33等标准规范在吞入的鸟的质量、数量、速度,以及鸟撞位置、发动机状态、试验程序等方 面的差异。从试车台、抛鸟设备、测速装置、试验用嵌鸟弹壳等方面,提出了试验设备选择及研制方法。结合某型发动机吞鸟试 验,确定了具体试验技术指标,研制了专用抛鸟试验设备,制定了吞鸟试验程序和方法。首次在发动机定型中开展了发动机吞鸟 试验,获得了较为满意的试验效果,验证了试验技术指标确定、试验设备选择和研制方法的可行性和有效性,并在防护措施、抛鸟 设备、应急预案、鸟撞击位置、吞鸟对发动机的影响等方面提出了建设性意见。     

涡轴发动机吞鸟试验方法及试验验证

为分析鸟撞对涡轴发动机结构完整性和性能的影响,在国家军用标准规范对航空发动机吞鸟试验要求的基础上,结合 典型涡轴发动机的结构特征设计了吞鸟试验方案和试验流程,并对某型涡轴发动机开展了4次吞鸟试验。在试验过程中发动机 均在规定时间内恢复至吞鸟前功率状态且未停车或熄火。试验结果表明：大鸟容易卡滞在进气道入口;小鸟高速撞击对发动机性 能以及结构强度完整性的危害更大;在吞鸟过程中发动机各参数均大幅波动,持续时间约为4~6 s,波动过后功率恢复时间约为5~ 9 s;相比大鸟,小鸟高速撞击后发动机性能衰减更严重,约为8.5%,清洗后约为0.6%。所设计的典型涡轴发动机吞鸟试验方案和 试验流程合理、可行。     

军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证研究

针对我国军用涡扇发动机尚未形成吞鸟适航符合性验证要求及评价准则的问题,在分析国家军用标准与适航规章中有关涡扇发动机吞鸟验证要求异同的基础上,明确了适用于军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证的主要参数,并进一步阐明了吞鸟适航符合性验证的程序及评价准则。建议的吞鸟验证参数及试验程序以同时兼顾适航要求及国军标要求为前提,对我国军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证具有积极的指导意义。所确定的军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证评价准则,能够为吞鸟试验的符合性判定提供参考。     

基于数值计算的抛鸟轨迹影响因素研究

在采用气炮装置作为抛鸟设备进行航空发动机吞鸟试验时，通过鸟炮准确地将鸟体发射至发动机叶片上的选定位置是至关重要的一个环节，该过程受到多种因素的影响。采用嵌套网格方法对发动机吞鸟过程中的鸟轨迹变化及其影响因素进行了仿真研究，对比分析了不同鸟体模型、发射位置、发射速度及发动机工作状态对鸟体运动轨迹、速度及流场特性的影响。仿真结果为航空发动机吞鸟试验提供了数据支撑，可有效缩短试验周期，降低试验成本。     

镀铬对8Cr4Mo4V 钢疲劳行为的影响

为研究吞鸟对涡轴发动机的影响,进行了3次吞鸟试验。在试验中,由气体炮将鸟射入发动机进气道,采用高速摄影仪 记录鸟的运行轨迹和撞击部位及试验件形变过程。试验数据表明：在吞鸟过程中发动机各参数均大幅波动,持续时间约为3~4 s, 波动过后,功率恢复时间约为5~9 s,各参数达到最终状态时间约为90~95 s;试验后发动机性能有衰减现象,清洗后有所恢复。经 孔探和分解检查可知：鸟的残骸主要部分未进入发动机主流道,第1 级压气机叶片卷曲变形。     

某型涡轴发动机吞鸟试验及验证

为研究吞鸟对涡轴发动机的影响,进行了3次吞鸟试验。在试验中,由气体炮将鸟射入发动机进气道,采用高速摄影仪记录鸟的运行轨迹和撞击部位及试验件形变过程。试验数据表明:在吞鸟过程中发动机各参数均大幅波动,持续时间约为3~4 s,波动过后,功率恢复时间约为5~9 s,各参数达到最终状态时间约为90~95 s;试验后发动机性能有衰减现象,清洗后有所恢复。经孔探和分解检查可知:鸟的残骸主要部分未进入发动机主流道,第1级压气机叶片卷曲变形。     

涡轴发动机整机吞砂试验及性能退化评估

为系统掌握砂尘侵蚀对涡轴发动机整机和零部件的影响,分析了国内外整机吞砂试验条款的差异及适用性,开展了某涡轴发动机整机吞砂试验研究。依据气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,建立了涡轴发动机试验数据快速评估模型,完成了整机及各部件性能退化评估,并利用公开文献数据进行了对比分析。结果表明：功率和耗油率随吞砂时间呈二次函数规律退化,吞砂10 h功率损失10.2%,耗油率升高3.2%;吞砂造成压气机一级叶片弦长变短0.7%～3.4%、厚度减薄1.0%～3.0%,压气机流量下降4.1%、效率下降3.1%、增压比下降4.5%;燃气涡轮冷却气膜孔存在轻微堵塞和表面烧蚀,冷气量减少1.5%,效率下降0.5%;而动力涡轮效率因叶片表面光洁度提高有小幅提升。     

航空发动机吞鸟要求的发展

针对中国军用大涵道比涡扇发动机吞鸟验证需求,从美国、欧洲、俄罗斯和中国民用航空发动机适航规章和军用发动机 通用规范、适航规章及吞鸟要求衍变历程、衍变内容和应用情况出发,对比分析军、民用吞鸟要求内容和内涵的差异。通过分析航 空发动机吞鸟要求与应用的发展,研究吞鸟要求与发动机研制技术的关联性,提出中国自主研制的大涵道比发动机吞鸟要求应用 建议。吞鸟要求的升级以更高的安全性需求为出发点,并随航空发动机设计技术提高得以实施和颁布;吞鸟要求的升级又指导着 下一代发动机的研制,二者相辅相成螺旋提升;吞鸟要求的具体参数逐渐统一,并呈现越来越严格的特点。根据中国适航规章和 通用规范吞鸟要求演变发展特点,结合中国军用大涵道比涡扇发动机研制技术现状,建议目前中国自主研制的大涵道比发动机按 照FAR 33.77吞鸟要求的参数进行验证,并最终依托于发动机技术进步实现与现行吞鸟要求的一致性。     

军用航空涡喷和涡扇发动机吞鸟试验

本文主要讨论军用航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机吞鸟试验参数的选择和对吞鸟试验的要求。     

小型航空涡喷发动机吞水试验装置研制

根据国内外航空发动机吞水试验装置发展情况,结合小型航空涡喷发动机结构特点,采用三维流场计算与试验相结合的方式,确定了喷水装置距离发动机进口截面的位置和在进气道径向上的安装尺寸。通过喷水装置的喷雾特性试验,获得了不同吹风流量和喷水流量条件下的喷雾特性;通过静态条件下的流量分布试验,获取了不同喷水流量下的水雾分布特性。整机吞水试验验证表明,所设计的吞水试验装置的功能和性能满足试验要求。     

PW4084成功通过4项关键取证试验

普惠公司的PW4084型发动机于去年11月成功地通过了FAA对发动机取证所要求的4项关键试验,即吸水、吞水、投鸟和高空模拟试验。试验结果表明,发动机性能、安全可靠性等指标完全符合甚至超过FAA规定的     

航空发动机整机吞水性能试验

国家军用标准GJB242-87要求新型发动机设计定型前必须做吞水试验以保证发动机具备要求的吞水能力。为进行某型在研航空涡轴发动机吞水试验,设计了喷水设备及专用进气整流装置,采用大小喷水环实现对发动机进行给定水流量的喷入。进行了发动机进口空气流量2.5%、 3.5%吞水量的试验,试验结果表明：试验方法及装置的设计合理可行;均匀吞水量不高于进气流量3.5%,发动机吞水时各截面温度下降量由进口至出口依次降低;吞水试验后,发动机性能下降。     

某型航空涡轴发动机整机吞水性能试验

为进行某型航空涡轴发动机吞水试验,设计了喷水设备及专用进气整流装置,采用大小喷水环实现对发动机进行给定水流量的喷入.进行了发动机进口吞水量为空气流量2.5%和3.5%的试验,试验结果表明:试验方法及装置的设计合理可行;均匀吞水量不高于进气流量3.5%,发动机吞水时各截面温度下降量由进口至出口依次降低;吞水试验后,发动机性能下降.      

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%.      

航空涡扇发动机吞水性能变化

为了解某涡扇发动机吞水后性能变化,基于常规地面试车台,设计并开展某涡扇发动机吞水后性能变化试验。进行了发动机在慢车状态、节流状态、中间状态和最大状态时,吞水量为进口空气质量流量的2%、3.5%和5%的试验。试验结果表明:慢车状态,风扇内、外涵出口温度的降低程度不随吞水量的变化而变化,吞水后发动机推力最多降低约20%;最大状态,风扇内涵出口温度降低的程度随着吞水量的增加而增加,吞水后由于低压转速提高,发动机推力最多升高约15%。吞水过程中没有造成失速、喘振以及发动机主燃烧室熄火。吞水后发动机性能无恶化。      

一种典型民用涡扇发动机安全性与适航验证研究

基于某一典型民机动力装置——PX10涡扇发动机,本文详细介绍了该型号在合格审定过程中针对FAR33部适航规章所要求进行吞鸟、吸冰、振动、超转、叶片包容等各项考核,所需进行的试验验证和安全性分析过程。整个适航符合性验证过程涵盖载荷谱分析、强度计算、工况模拟试验等技术手段,各项试验结果均满足对应规章条款的通过准则,表明该型发动机在设计与制造环节具备充足的安全裕度。针对国内商用发动机鲜有适航取证成功案例的现状,本文首次全面阐述了完整的民用航空发动机适航符合性验证过程,为国内发动机厂商产品的适航取证工作提供了借鉴和指导。     

鸟撞发动机整机响应显式-隐式仿真

为了研究鸟撞作为一种典型的突加高能载荷对航空发动机关键承力构件和发动机结构安全性的影响,以某大涵道比涡扇发动机为研究对象,针对其在遭遇鸟撞后不同响应阶段的特点,使用建模软件UG和商用仿真软件Hypermesh和LS-DYNA,开发了1套鸟撞突加高能载荷作用下发动机整机动态响应分析模型,建立了航空发动机整机显式或隐式长时分析流程和方法,对比了不同分析方法的优缺点,验证了不同方法在鸟撞后发动机不同动态响应阶段整机响应规律研究中各自的优越性。结果表明：鸟撞击对航空发动机的影响主要体现在撞击阶段的叶片变形和后撞击响应阶段的不平衡载荷对承力构件的影响,且采用显式-隐式结合的方式进行分析具有较好的效果。该研究结果对于航空发动机在其他突加高能载荷作用下不同动态响应阶段的整机动态响应规律研究具有一定参考价值。     

鸟撞击风扇转子叶片损伤模拟与试验研究

为了研究航空发动机吞鸟时风扇叶片受到的损伤,开展鸟撞击旋转状态下发动机风扇叶片损伤数值模拟和试验研究。采用SPH方法,使用PAM-CRASH软件对鸟撞击旋转状态下风扇叶片进行了数值模拟,得到了鸟撞击风扇叶片过程:风扇叶片前缘撞击并切割鸟体、叶片盆侧撞击鸟体切片和叶片恢复变形,详细分析了鸟撞击对风扇叶片前缘、叶身、尾缘、凸肩造成的损伤,以及损伤对发动机的影响。设计并开展了旋转状态下鸟撞击风扇转子试验,得到了旋转状态模拟鸟撞击风扇过程,以及旋转状态下鸟撞击风扇实际的损伤类型,撞击过程和损伤类型与数值模拟结果一致。数值模拟和试验结果表明,鸟撞击风扇主要过程为叶片前缘撞击切割鸟体,主要损伤为风扇叶片前缘变形、撕裂、掉块和凸肩工作面错位、掉块,风扇叶片抗鸟撞击的薄弱部位为风扇叶片前缘和凸肩工作面。     

发动机整机鸟撞试验推力销瞬态规律研究

为了探寻鸟撞瞬间航空发动机推力、垂向载荷的时域波形、频率的变化规律,采用时域波形分析和冲击响应谱分析方法对某发动机整机鸟撞试验过程中推力销瞬态推力和垂向载荷进行分析。通过对比分析推力与冲击力发现,鸟撞瞬间推力显著变化的主要原因是叶片攻角和流场特性的突变,并非冲击力。该规律性结论可为外物撞击发动机风扇叶片研究提供参考。