基于响应面法的鸟撞风扇叶片损伤预测

有限元模拟鸟撞风扇叶片损伤成本高,为解决工程问题,采用经典叶栅鸟撞切割模型建立了鸟撞风扇叶片动载荷数学模型,结合鸟撞部件试验结果,以拟合技术明确风扇叶片损伤程度与最大关键动载荷计算值间的函数关系,形成叶片损伤预测响应面,实现对鸟撞风扇叶片损伤的快速预测,并建立基于响应面法的鸟撞风扇叶片损伤预测工作流程。结合涡扇发动机吞鸟试验技术要求、风扇结构设计特征及已开展的鸟撞部件试验结果,建立叶片损伤预测响应面,初步识别2种鸟撞方案的径向弯曲、弦向弯曲,并计算撕裂范围分别不超过0.3867和0.3941,撕裂与弦向弯曲相关性显著,呈抛物线变化趋势。结果表明：预测的损伤在可接受的安全性水平范围内,预测方法能够识别损伤范围及趋势,可为后续鸟撞有限元模拟、试验策划、安全性分析、风扇叶片抗鸟撞设计等工作提供量化的技术支持。     

研发阶段涡扇发动机模型自适应方法

为了实现研发阶段涡扇发动机整机试验数据的快速评估和模型自适应,提出一种发动机模型自适应方法。该方法以整机试验数据为输入,结合气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,重构出各部件的性能参数。文中提出了按照高压涡轮导向器喉部流通能力确定核心机流量的方法,并以载荷系数为媒介实现叶轮机械部件参数修正计算,完成了小涵道比涡扇发动机的自适应建模计算。计算结果表明,17个测量参数与计算结果完全一致,该方法完成单个状态点自适应计算的平均时间约为1.44ms,主要部件特性的修正系数在0.95～1.05。采用该方法计算的部件特性参数自适应修正系数可为发动机性能调试和故障诊断提供依据。     

某型发动机风扇转子本机平衡试验研究

航空发动机转子结构特殊,在平衡机上无法达到工作转速,只能在低速下进行平衡,有时效果并不理想,在实际运行中仍会由于平衡问题导致振动异常。针对存在不平衡量偏大的某型航空发动机,利用三圆法并结合实际情况,对其结构进行改装,实现了风扇转子的本机平衡,有效降低了低压转子的振动水平,经试验验证表明改装合理,平衡方法有效。该方法对其他型号发动机的本机平衡有较大的借鉴意义。     

掠叶片进口流动的流线曲率通流模型

掠叶片作为一项设计技术,在当前轴流风扇/压气机的设计中已被广泛采用,对掠叶片的流动机理研究也被广泛而深入地开展。近年来,多项研究表明掠能够改变叶片的攻角,这种攻角的改变是由掠造成叶片进口的径向平衡发生变化、轴向速度重新分布而产生的。提出了一种用于S2流线曲率法的掠叶片的进口流动模型,不再假设叶片进口周向流动均匀,因而能够计入由于叶片掠而产生的进口径向平衡的变化。将此模型应用到亚声掠转子叶片的设计中,结果表明该模型能够比原始方法更准确地计算轴向速度和攻角,从而提高了设计精度,并定量地分析了叶片掠对进口流动压力平衡的作用机理。     

喘振载荷作用下风扇转静子碰摩研究

某风扇试验件在进入喘振后发生转静子碰摩故障,转子叶片与其上游静子叶片的尾缘发生碰摩并产生掉块、卷边等损 伤。为明确故障发生的原因,结合数值仿真和试验结果排除了共振和颤振的发生。根据压力脉动数据确定了喘振载荷,并考虑在 喘振作用下轴向力轻载反向、转速升高、机匣变形、静子叶片变形等因素的影响,开展了基于尺寸链的转静子叶片热态间隙分析, 对叶片在喘振载荷作用下的碰摩响应进行了模拟分析。结果表明：在喘振载荷短时冲击作用下,转子叶片向后缘方向产生3.42 mm的 变形,收敛型风扇通道使得径向间隙明显减小,叠加风扇转速升高、轴向力轻载反向等因素,转子叶片叶尖尾缘轴向向后的位移超 出机匣涂层覆盖区域0.41 mm,导致尾缘与机匣基体的径向间隙为-0.44 mm,进而发生径向碰摩;在多次往复的大冲击载荷作用 下,转子叶片向前与上游静子叶片发生轴向碰摩。合理设置机匣耐磨涂层长度和流道倾角可以有效降低喘振过程中碰摩的风险。     

骨架式压气机机匣仿真计算分析

为了实现通过改变压气机机匣材料、结构形式和加工手段,达到减轻压气机机匣质量的目标,依照骨架式结构设计思想,对某型压气机的机匣进行了骨架式结构的改进设计,即"桁架"式结构机匣,并针对这3种典型的结构机匣分别从静强度、模态和包容特性等角度进行了仿真计算和对比分析,得到了现阶段最优方案为圆形开孔机匣。结果表明:该类骨架结构可以实现在不影响机匣使用要求的前提下,将压气机机匣质量减轻10%~20%,有效提高发动机推重比。     

某型发动机涡轮转子温度和应力测试研究

为确保某型发动机的安全使用,通过对该发动机涡轮转子的温度和动应力进行实测,据此对涡轮转子叶片和盘进行强度和寿命计算。对涡轮转子的叶片和盘进行强度初步计算,确定应力最大点,在发动机实际工作状态下,得到测试部位的实际温度和动应力;利用测试结果,计算确定涡轮转子叶片和盘的疲劳寿命。该研究首次得到了涡轮转子叶片和盘的温度和动应力数据。计算结果表明:涡轮转子叶片的寿命不低于2000 h,涡轮盘的寿命不低于5000 h。     

浮动花键抗磨损强度分析与试验

为了解决航空发动机附件传动系统花键连接结构在正向设计阶段分析能力薄弱、缺少基础数据支撑,以及在复杂工作 条件下齿面磨损严重等问题,开展了浮动花键磨损强度评估方法研究,提出适用于发动机附件传动系统浮动花键的齿面接触应力 计算方法。并开展了花键磨损影响因素对比试验,测量不同材料、表面粗糙度、表面处理、润滑条件、偏斜角、齿形条件下的磨损量 和齿厚变化量。结果表明：花键表面硬度是决定抗磨损能力的主要因素,硬度大抗磨损能力强;在偏斜状态下工作的花键通过齿 形修形改善接触区位置,降低接触应力,可提高抗磨损能力;润滑油润滑可以减小摩擦磨损,减少磨屑产生,是减小花键磨损的首 要措施;正确选择齿侧间隙有利于减小磨损发生。     

关节间隙对矢量喷管调节机构动态特性影响的数值仿真与验证

为研究飞机在不同飞行工况下关节间隙对矢量喷管运动调节机构动态特性的影响,采用第1类拉格朗日方程与混合接 触力模型和LuGre摩擦模型相结合的方法,构建了考虑关节间隙和摩擦系数等特征的矢量喷管运动调节机构单叶动力学理论模 型,进而构建了整体调节机构的运动学分析模型。结果表明：由于关节间隙的存在,在矢量喷管运动调节机构运动状态突然改变 时,初始碰撞阶段调节片的位移几乎不受间隙碰撞的影响,但速度与加速度会产生剧烈且短暂的振动,振动大小受关节间隙影响 较大,而间隙对平稳运动时的调节片运动精度几乎不产生影响;整机矢量喷管运动调节机构做收扩运动时,各关节产生的碰撞力 几乎相同,做上下偏转运动时,C关节处产生的碰撞力最大,A关节处的受力次之,B和D关节处的受力最小。     

基于振动抑制的发动机进气畸变耙研制

针对航空发动机进气流场压力畸变测试需求,基于耙臂的振动抑制,首次采用浮动内环连接结构,研制了一种发动机进气畸变测试耙。强度计算结果表明,所设计的进气畸变测试耙的动、静强度均有足够的储备裕度。测频试验和动应力测试试验结果表明,内环与耙臂连接结构对进气畸变测试耙整体振动抑制效果明显。进气畸变测试耙工程应用效果良好,可满足发动机进发匹配以及进气逼喘试验的需求。