航空發(fā)動機機匣包容性機理及數(shù)值仿真方法研究.pdf

1、航空發(fā)動機機匣包容問題非常復(fù)雜，涉及大變形、材料粘塑性和失效，以及極短時間內(nèi)發(fā)動機各部件之間大量整體和局部高速高能相互作用，包含多種非線性特性。本文結(jié)合打靶試驗、模擬機匣/葉片包容試驗和真實風(fēng)扇和渦輪機匣/葉片包容試驗，采用理論分析和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對以下問題進行了研究:
　　(1)進行了平板和機匣受圓柱彈和葉片彈撞擊的對比研究。通過打靶試驗，使用理論方法對靶板抗擊穿性能和彈體侵徹能力進行了研究，對靶板吸能模式進行了分類，并

2、給出了相應(yīng)的能量計算公式。為計算葉片彈撞擊情況下靶板凹陷變形能，提出了基于任意截面形狀彈體撞擊靶板的凹陷能量計算方法和公式。同時，理論分析了葉片彈體頭部破碎和靶板失效模式轉(zhuǎn)變機制，數(shù)值仿真研究了偏航角對葉片彈撞擊靶板的影響。
　　(2)建立了航空發(fā)動機機匣/葉片包容性數(shù)值仿真方法。以高速旋轉(zhuǎn)試驗臺上進行的一次模擬機匣/葉片包容試驗為研究對象，采用ANSYS/LS-DYNA程序，評估了網(wǎng)格尺寸、接觸剛度罰因子和摩擦系數(shù)對數(shù)值仿真結(jié)果

3、的影響。研究結(jié)果表明，這些因素影響葉片與機匣之間的相互作用力、能量的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)化、機匣和葉片的變形及失效等?；诖?，建立了適用于金屬材料機匣/葉片包容性問題的數(shù)值仿真方法，并使用其它次包容試驗對此方法進行了驗證。
　　(3)深入研究了風(fēng)扇機匣/葉片包容機理。使用建立的數(shù)值仿真方法對真實風(fēng)扇機匣/葉片包容性進行了數(shù)值仿真計算，隨后進行了真實風(fēng)扇機匣/葉片包容試驗，通過比較數(shù)值仿真與試驗結(jié)果，驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的合理性和數(shù)值仿真方法的適

4、用性。采用驗證后的數(shù)值仿真模型，對風(fēng)扇機匣/葉片包容機理進行了詳細(xì)的分析，研究了葉片之間相互作用和轉(zhuǎn)速對包容過程的影響。
　　(4)深入研究了渦輪機匣/葉片包容機理。與風(fēng)扇機匣/葉片包容機理研究方法類似，通過渦輪機匣/葉片包容試驗驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的正確性和數(shù)值仿真方法的合理性，使用數(shù)值仿真對渦輪機匣/葉片包容機理進行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明，渦輪機匣/葉片包容機理與風(fēng)扇機匣/葉片相比存在較大差異，葉片之間相互作用和轉(zhuǎn)速對包容過程的