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。     

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%.      

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。     

鸟撞试验弹托脱壳过程模拟与试验验证

为避免在航空发动机风扇鸟撞试验中弹托在剥离时发生破损而导致其碎片飞入试验舱,开展了鸟撞试验脱弹过程的冲 击动力学研究。采用LS-DYNA动力学仿真软件对鸟撞试验中弹托与脱弹器撞击过程进行了数值仿真分析。考虑到脱弹过程中 材料高应变率的影响,应用Johnson-Cook材料模型描述了弹托和脱弹器的本构关系,采用有限元分析获取了弹托的变形、位移、应 力、动能等参数的变化过程。采用压缩空气炮进行了鸟弹发射,并将弹托变形的仿真结果与试验结果进行了对比。结果表明：弹 托变形的仿真结果与试验结果相差4.4%,证明仿真方法有效;在脱弹过程中弹托前端会张开,产生喇叭口状变形;弹托中后部的 应力水平始终保持在80 MPa以下,不会因冲击作用发生破损而导致其碎片飞入舱体。     

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。     

爬升阶段涡扇发动机核心流道吸鸟适航审定

研究涡扇发动机核心流道吸鸟对发动机的影响，分析核心流道吸鸟与风扇叶片鸟击的损伤模式及关键要素的差异。采用光滑粒子流体动力学方法开展某发动机风扇增压级内涵的吸鸟数值模拟，研究吸鸟位置、鸟速和风扇转速等关键参数对鸟体碎片轨迹及质量分布的影响，确定核心流道吸鸟最严苛工况条件。结果显示：鸟撞击进口导流叶片中心位置时鸟体切片质量较大；在较高鸟速和较低风扇转速下进入内涵的鸟体切片质量较大。研究结果支撑了某型涡扇发动机核心流道吸鸟专用条件的制定，要求在典型的爬升阶段允许的最大爬升速度以及最小风扇转速条件下开展吸鸟试验，同时试验用到的这只鸟的撞击位置应该使吸入核心流道的鸟的质量最大。     

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。     

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。     

航空发动机吞冰损伤一体化数值模拟平台搭建与验证

为了给航空发动机在进气条件下的吞冰损伤物理试验提供多方案快速优化的数值参考,建立了航空发动机叶片吞冰损 伤快速分析的数值模拟方法和流程,并形成了1套软件系统。该系统通过研究发动机进气吞冰过程中冰体6自由度运动姿态和轨 迹的流场快速模拟方法,建立了吞冰流场的数值仿真模型;通过冰体的本构模型及冰体撞击叶片损伤效应的系统研究,准确建立 了叶片损伤模型;将吞冰流场计算和冰撞击过程计算进行了一体化耦合,形成了航空发动机叶片吞冰损伤的快速分析软件系统, 建立了冰块运动姿态、冰块撞击叶片破碎过程及轨迹预测的一体化仿真流程。结果表明：数值计算方法能够有效预测冰块运动轨 迹和撞击变形量,变形量误差不大于8%;该软件系统有效地解决了吞冰损伤复杂过程有限元模型的自动生成问题,极大地提高了 分析效率,可有效节约试验成本、提高试验效率。     

我国首次成功完成某型飞机发动机整机吞鸟试验

<正>10月19日,中航工业试飞中心圆满完成了某型发动机着陆状态和中间状态的整机吞鸟试验,在国内首创飞机发动机整机吞鸟试验成功的纪录。本次试验中首次采用了目测三点法、激光对准法,保证鸟体实际撞击部位与设定点的偏差小于30mm;首次使用了高速相机,实现试验速度测量误差小于0.01%。试飞中心近年来不断加强     

某涡喷发动机吞水过程的数值研究

在航空发动机稳态性能模拟技术基础上,结合水的物理性质,采用数值方法研究了某双转子涡喷发动机吞水后的性能变化过程,其中考虑了工质物理性质的变化、水的汽化潜热、压气机和涡轮特性的修正以及水的不完全汽化等因素的影响。计算出的发动机吞水过程性能变化规律对发动机吞水试验有重要参考价值。     

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。     

高转速风扇叶片外物撞击损伤的定量评价方法

外物撞击是造成航空发动机风扇叶片变形、损伤甚至断裂的主要因素。针对外物撞击持续时间短、瞬间载荷大、损伤影 响因素多，难以进行定量损伤评价的问题，提出基于叶片损伤参数α的叶片损伤定量评价方法。以发动机风扇叶片受冰撞为例， 采用非接触叶尖计时测量方法，对叶片撞击产生的叶尖位移进行监测分析，验证了该方法的可行性。采用瞬态动力学分析方法对 叶片经受撞击过程进行全流程仿真模拟，并采用正交试验法定量研究了外物撞击过程中的撞击速度、叶片转速、撞击位置3种因 素对叶片损伤参数α的影响，拟合回归方程并绘制了这3种因素的3D响应曲面图，得到各因素的影响权重。结果表明：冰块速度 与撞击位置同时下降时，叶片损伤弱化效果显著。该方法可为大型风扇叶片抗外物打击性能设计和在役健康监测提供理论支撑。     

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。     

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。     

涡扇发动机炮式起动数学模型及起动特性研究

 利用发动机通用起动模型 ,并对通用起动模型中低压转子影响效应的考虑方法进行了改进与完善 ,通过对某型涡扇发动机起动过程的模拟计算结果与试验数据的对比表明 ,改进后的起动模型能很好地揭示影响该类型发动机炮式起动成功的主要因素 ,其中一些影响因素是通用起动模型不能够考虑到的。改进模型对采用炮式起动的其他航空燃气轮机的起动过程研究有一定参考价值。     

CFM56-5B型发动机风扇叶片鸟撞有限元仿真

针对CFM56-5B型发动机风扇叶片受鸟击问题,目前常采用实验和数值仿真两种方法,前者因成本条件客观问题难以实现,因此本文采用数值仿真来深入研究这一难题。本文运用CATIA三维软件进行建模,最大程度与实际风扇叶片相符,鸟体则采用目前应用广泛的椭球体流线型模型,运用LS-DYNA隐式求解方法对叶片进行离心应力初始化,建立了鸟撞叶片的数值计算模型,分析了鸟撞叶片的动态响应,通过大量仿真,得出鸟撞叶片的机械损伤程度与鸟的速度、受撞击位置之间的关系,为发动机风扇叶片的抗鸟撞设计提供帮助。     

航空发动机风扇转子叶片外物损伤II.鸟撞击数值仿真(英文)

鸟撞击是飞行安全最严重的威胁之一。鸟撞击的后果非常危险,因而,在进入服役之前,飞机部件必须通过抗鸟撞认证。航空发动机风扇转子叶片是容易受到飞鸟撞击的飞机部件之一,在设计时必须考虑使航空发动机风扇转子叶片具有抗鸟撞击的能力,降低由于鸟撞击叶片而引起的飞行事故。采用接触冲击算法,对航空发动机风扇转子叶片进行了模拟鸟撞击数值仿真。针对风扇叶片具有阻尼凸台的特点,分析中建立了三叶片组计算模型。得到了对应试验测试点的模拟鸟撞击叶片的瞬态响应曲线、叶片的位移和当量应力。比较了试验中和数值仿真中模拟鸟撞击叶片的瞬态响应曲线,试验中测试点与数值仿真中对应点的变化基本相同。分析了叶片的变形过程、最大位移和最大当量应力。模拟鸟撞击风扇叶片数值仿真验证并补充了模拟鸟撞击风扇叶片试验结果。