【摘要】：飛機在起飛、著落時,進入發(fā)動機的空氣含有的塵土、砂石、雜草和冰雪等異物顆粒,而這些異物顆粒進入發(fā)動機時,將有可能造成發(fā)動機故障,直接影響發(fā)動機的可靠性和使用壽命,并間接影響飛機的綜合作戰(zhàn)能力和飛行安全。本文結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于粒子碰撞的實驗研究及數(shù)值計算分析方面的研究成果,借助現(xiàn)代先進的計算方法,針對不同碰撞環(huán)境因素的影響下,沙粒與平板碰撞的反彈特性問題,進行討論和研究,旨在建立完善、可靠的碰撞模型及全面的反彈特性數(shù)據(jù)庫,并取得了一些有用的結(jié)論,從而了解沙粒在風(fēng)扇通道或粒子分離器中的碰撞特性,為指導(dǎo)發(fā)動機設(shè)計提供依據(jù)。首先將沙粒與壁面的碰撞簡化為球狀粒子與平板的碰撞過程。利用LS-Prepost前處理器建立幾何模型、劃分網(wǎng)格并設(shè)置計算參數(shù)。通過ANSYS Mechanical Launcher啟動求解器進行碰撞仿真計算。利用LS-Prepost后處理器導(dǎo)出計算結(jié)果,并得到了初始條件對反彈特性的影響規(guī)律,基于能量分析法和牛頓定律對這些規(guī)律進行了分析。初始條件主要包括沙粒的入射速度、角度、密度、平板的材料和平移速度。反彈特性主要包括碰撞時間、沙粒的滑移距離、反彈速度和角度。平板材料分為金屬材料和復(fù)合材料,兩類材料研究思路相同但本構(gòu)方程不同。其中金屬材料有三種,分別為410Steeel、Ti-6Al-4V和2024Al,復(fù)合材料為國防工業(yè)用橡膠。金屬材料為本文研究的重點。將整理后的計算結(jié)果導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫,得到反彈特性數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)表,以及金屬平板移動影響因子的子表。以VC++為平臺編寫程序,與數(shù)據(jù)庫結(jié)合后利用插值法計算出指定初始條件下沙粒的反彈特性。通過實驗測定了沙粒碰撞鋁合金板和鈦合金板時入射角度和反彈角度之間的關(guān)系,得到的實驗結(jié)果與數(shù)值仿真的結(jié)果誤差在合理范圍內(nèi),從側(cè)面說明了該數(shù)值仿真方法的可行性。
[Abstract]:When the plane takes off and lands, the air entering the engine contains particles of foreign matter, such as dust, sand, weeds, and ice and snow, which may cause engine failure when they enter the engine. It directly affects the reliability and service life of the engine, and indirectly affects the integrated combat capability and flight safety of the aircraft. In this paper, with the help of modern advanced calculation methods and combined with the experimental research and numerical analysis of particle collisions at home and abroad, the rebound characteristics of sand particles and flat plates under the influence of different impact environment factors are discussed. The purpose of the discussion and research is to establish a complete and reliable collision model and a comprehensive database of rebound characteristics, and to obtain some useful conclusions to understand the impact characteristics of sand particles in fan channels or particle separators. It provides basis for guiding engine design. Firstly, the collision between sand particles and wall is simplified as the collision process between spherical particles and flat plates. The geometry model is built by using the LS-Prepost preprocessor, the mesh is divided and the calculation parameters are set up. The collision simulation is carried out by ANSYS Mechanical Launcher startup solver. The calculation results are derived by using the post-processor of LS-Prepost and the laws of the effect of initial conditions on the rebound characteristics are obtained. These laws are analyzed based on the energy analysis method and Newton's law. The initial conditions mainly include the incident velocity, angle, density, plate material and translational velocity of sand particles. Rebound characteristics mainly include impact time, sand slip distance, rebound velocity and angle. Plate materials can be divided into metal and composite materials. The two kinds of materials have the same research ideas but different constitutive equations. Among them, there are three kinds of metal materials, 410Steeeler Ti-6Al-4V and 2024Al. the composite is used as rubber for national defense industry. Metal material is the focus of this paper. The calculated results are imported into the database to get the basic table of the rebound characteristic database and the sub-table of the influence factor of metal plate movement. In this paper, a program is written on the platform of VC. After combining with the database, the rebound characteristics of sand particles under specified initial conditions are calculated by using interpolation method. The relationship between incident angle and rebound angle of impact of sand particles on aluminum alloy plate and titanium alloy plate is measured experimentally. The error between the experimental results and the numerical simulation results is within a reasonable range. The feasibility of the numerical simulation method is illustrated from the side.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V263.3

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本文編號：2233409