【摘要】：在發(fā)動機風扇葉片外物損傷研究中,為獲得硬物初次撞擊到風扇葉片的數(shù)據(jù)及撞擊后葉片損傷凹坑的深度和寬度。本文借助計算流體動力學模擬技術(shù)模擬不同初始條件下硬物在發(fā)動機流場中從地面起動至初次撞擊到風扇葉片的運動軌跡,并獲得撞擊到風扇葉片上的位置、速度以及方向,進而建立硬物撞擊風扇葉片的碰撞模型,模擬不同初始條件下硬物對發(fā)動機風扇葉片損傷產(chǎn)生凹坑的深度與寬度,具體研究方法如下:(1)通過分析硬物的物理性質(zhì),根據(jù)牛頓第二定律對硬物在流場中運動時進行受力分析,建立硬物運動的微分方程,通過積分求解獲得硬物在流場中?t后位置坐標的迭代公式,根據(jù)迭代公式以及流場內(nèi)任意點的氣動參數(shù)計算確定硬物吸入發(fā)動機的運動軌跡;對硬物撞擊風扇葉片速度進行估算,得出硬物撞擊風扇葉片的速度估算值。(2)建立了發(fā)動機整級風扇葉片、輪轂、整流罩以及發(fā)動機氣體流場的三維幾何模型,對流場進行仿真并獲得了氣體流場仿真模型,再采用顆粒離散相模型對硬物在流場中的運動軌跡進行仿真。通過改變硬物在流場中的初始條件來獲得硬物吸入發(fā)動機的不同運動軌跡圖以及撞擊到風扇葉片上的位置、速度和方向。(3)建立了硬物撞擊風扇葉片的計算模型,確定材料參數(shù)并進行了大量的碰撞動態(tài)仿真。分析硬物撞擊發(fā)動機風扇葉片進氣邊損傷產(chǎn)生凹坑的尺寸與硬物撞擊葉片速度、直徑、密度以及撞擊風扇葉片位置的關(guān)系。仿真結(jié)果表明:盡管硬物在流場中的初始位置相差較多,但吸至進氣道口時幾乎已為相同位置,撞擊到風扇葉片的位置都比較集中,大多集中在YOZ截面中心線下方靠近葉尖位置。硬物對發(fā)動機風扇葉片進氣邊損傷產(chǎn)生凹坑的尺寸與硬物直徑、密度、撞擊葉片相對速度的增加呈一定的線性關(guān)系,可以認為隨著凹坑深度的增大,凹坑寬度也隨之變大,不過凹坑的寬深比有略微增大的趨勢。仿真結(jié)果為航空發(fā)動機風扇葉片的損傷試驗提供理論依據(jù)。
[Abstract]:In order to obtain the data of the first impact of the hard object on the fan blade and the depth and width of the damage pit of the blade after the impact, the external damage of the engine fan blade is studied. In this paper, by means of computational fluid dynamics simulation technique, the motion track of hard objects in different initial conditions from ground start to initial impact to fan blade is simulated, and the position, velocity and direction of impact on fan blade are obtained. Then, the impact model of hard object impingement fan blade is established, and the depth and width of crater caused by hard object damage to fan blade under different initial conditions are simulated. The specific research methods are as follows: (1) by analyzing the physical properties of hard object, According to Newton's second law, the force of hard object in flow field is analyzed, the differential equation of hard object motion is established, and the iterative formula of the position of hard object in flow field after t is obtained by integral solution. According to the iterative formula and the aerodynamic parameter calculation of any point in the flow field, the motion track of the hard object suction engine is determined, and the velocity of the hard object impinging on the fan blade is estimated. The velocity estimation of the rigid object impingement fan blade is obtained. (2) the three-dimensional geometry model of the whole stage fan blade, hub, fairing and engine gas flow field is established, the flow field is simulated and the simulation model of the gas flow field is obtained. Then the particle discrete phase model is used to simulate the motion trajectory of hard objects in the flow field. By changing the initial conditions of the hard object in the flow field, the different motion trajectories of the hard object suction engine and the position, velocity and direction of impingement on the fan blade are obtained. (3) the calculation model of the hard object impinging on the fan blade is established. Material parameters are determined and a large number of dynamic collision simulations are carried out. The relationship between the size of the crater and the velocity, diameter, density and the position of the impingement fan blade is analyzed. The simulation results show that although the initial position of the hard object in the flow field is quite different, it is almost in the same position at the inlet of the inlet, and the position of impingement on the fan blade is relatively concentrated. Most of them are located near the tip of YOZ section. The size of the crater caused by the damage of the inlet edge of the engine fan blade is linearly related to the increase of the relative velocity of the rigid object, the density and the relative velocity of the impingement blade. It can be concluded that with the increase of the depth of the pit, the width of the pit also increases. However, there is a slight increase in the width to depth ratio of the pit. The simulation results provide the theoretical basis for the damage test of the fan blade of aero-engine.
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V232.4

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本文編號：2268970