航空发动机包容试验中风扇叶片爆破飞脱技术研究

摘要

民用航空器在取得适航证之前，为验证其发动机的包容能力，必须进行转子包容性验证试验。本课题是针对航空发动机风扇叶片包容试验中，叶片定速爆破飞脱技术的探索性研究，本文主要完成了以下工作：
　　1)以简化的TC4平板叶片为爆破目标，分别对开孔接触爆破过程和线型聚能切割器爆破切割过程，进行了准二维的数值模拟，比较分析了两种爆破形式下爆炸产物对叶片的作用形式以及叶片的局部动态响应，最终选用线型聚能爆破切割方法进行后续的应用研究和叶片定速爆破飞脱试验方案制定。同时，针对聚能射流侵彻叶片的过程中观察到的“层裂”现象这一特殊的动态响应，利用应力波理论分析了其发生的机理；
　　2)对线型聚能切割器爆破切割平板和缩尺空心叶片的过程进行了三维的数值模拟，结合相应的静态爆破切割试验，分析了叶片的宏观响应，研究改进了叶片的预处理方式和切割器布置方式，形成了最终用于叶片定速爆破飞脱试验的爆破切割方案。针对该方案，详细分析了叶片中部连接段的损伤变形情况和动态载荷；
　　3)在数值模拟的基础上，完成了叶片定速爆破飞脱试验，实现了叶片飞断，分析了叶片的断裂过程，达到了试验的预期目标，对试验方案制定工作中的诸多关键因素进行了验证。主要包括：起爆雷管和切割器安装结构的可靠性，起爆方式的可靠性，爆炸冲击载荷对试验台轴系的破坏程度，叶片飞脱转速的控制精度，试验过程的安全性，以及最重要的，叶片的飞脱情况。
　　经过研究初期大量的静态爆破试验和叶片准二维、三维的爆破数值模拟分析以及最终的叶片定速爆破飞脱验证试验，本文形成了航空发动机风扇叶片定速爆破飞脱技术方案。相信在可见的未来，经过部分细节完善和参数微调，该方案可应用于真实航空发动机台架包容试验或者整机包容试验。

目录

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致谢

第1章 前言

1.1 绪论

1.2 包容试验及叶片飞脱方法

1.3 爆破技术

1.4 研究内容与目标

第2章 爆破问题的数值计算方法

2.1 LS-DYNA及流固耦合算法

2.2 非反射边界条件

2.3 材料模型及参数

2.4 本章小结

第3章 准二维平板叶片爆破数值模拟

3.1 平板叶片开孔接触爆破

3.2 平板叶片线型聚能爆破切割

3.3 本章小结

第4章 三维叶片线型聚能爆破切割数值模拟

4.1 平板叶片线型聚能爆破切割方案一

4.2 平板叶片线型聚能爆破切割方案二

4.3 缩尺空心叶片线型聚能爆破切割方案一

4.4 缩尺空心叶片线型聚能爆破切割方案二

4.5 本章小结

第5章 叶片定速爆破飞脱试验

5.1 平板叶片定速爆破飞脱试验

5.2 缩尺空心叶片定速爆破飞脱试验

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 课题研究总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简历及硕士期间发表的论文