风扇叶片鸟撞击响应及受损风扇气动性能分析方法研究

摘要

航空发动机在起飞或降落阶段容易遭受鸟等外物撞击，使风扇叶片出现变形、撕裂等损伤，引起风扇气动性能下降，甚至导致发动机丧失工作能力，引发灾难性事故。目前数值模拟技术是国内外开展鸟撞击研究的重要手段，其中光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，即SPH法）以高效、计算稳定等突出优势而广泛应用在鸟撞击研究中。为了深入掌握基于SPH法的鸟撞击数值模拟技术，并评估受损风扇的气动特性，有效指导航空发动机风扇叶片的抗鸟撞击设计，本文综述了鸟撞击数值模拟技术现状，开展了基于SPH法的鸟撞击数值方法研究并应用于工程实际，最后评估了受损叶片对风扇气动特性的影响。
　　首先，讨论了基于SPH法的鸟撞击模型中网格密度、接触方式、惩罚刚度因子、沙漏控制、阻尼系数、人工体积粘性等参数对数值模拟结果的影响程度，采用文献试验数据验证了基于SPH法的鸟撞击模型。数值模拟结果表明，基于SPH法的鸟撞击模型是有效、准确的，与试验的吻合较好。
　　其次，建立了旋转状态下基于SPH法的大鸟撞击单个叶片、大鸟撞击整级风扇、小鸟群（14只）撞击整级风扇的有限元模型，分析了鸟撞击动态响应、撞击能量转换等变化趋势。结果表明，大鸟撞击单个叶片能较好反应叶片前缘的局部最大变形，大鸟撞击整级风扇模型能较好反映变形叶片之间的相互遮挡效应。
　　最后，基于叶片迹线法重新构建受损风扇叶片的几何模型，建立含有受损叶片的流场计算模型，对比鸟撞击前后风扇叶片气动性能的变化。结果表明，受损叶片对周围局部流场的总压比降低、附面层增厚、流动损失增加都有一定的影响，但对整级风扇总压比、效率等影响则较小。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展及发展趋势

1.3本文主要工作

第二章 基于SPH法的鸟撞击叶片数值方法研究

2.1 引言

2.2 有限元参数对仿真结果的影响分析

2.3 平板叶片冲击试验的数值模拟

2.4 本章小结

第三章 SPH法在鸟撞击风扇叶片上的响应研究

3.1 引言

3.2 鸟撞击旋转叶片的数值模拟研究

3.3 鸟撞击整级风扇叶片的数值模拟研究

3.4 本章小结

第四章 受损风扇叶片气动性能分析研究

4.1 引言

4.2 软件简介

4.3 损伤风扇叶片的气动分析模型

4.4 受损风扇叶片气动计算结果的分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文主要工作及结论

5.2 今后研究展望与建议

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文