一种基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法

摘要

本发明公开了一种基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：获取鸟类变量参数、风扇部件变量参数；步骤2：形成在选取的参数相互组合的组合矩阵，每个组合矩阵中的一个组合参数为一组参数状态；步骤3：计算每一组的参数状态下相对叶根的弯曲破坏角动量以及相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量；步骤4：将每组参数状态所对应的相对叶根的弯曲破坏角动量以及相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量分别与极限安全角动量以及极限破坏角动量进行对比。本发明的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法提出了完整的基于部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法。

说明书

技术领域

本发明涉及鸟撞试验技术领域，特别是涉及一种基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法。

背景技术

现有航空发动机风扇部件鸟撞试验主要在不同风扇转速、鸟重和鸟速等条件下进行，由于可调参数较多，受制于试验资源限制，部件鸟撞试验无法全面评价航空发动机飞行包线内的所有状态点以及各种鸟体的撞击情况。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法，所述基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法如下步骤：步骤1：获取鸟类变量参数、风扇部件变量参数；步骤2：选取步骤1中的鸟类变量参数以及风扇部件变量参数中的几个参数，并形成在选取的参数相互组合的组合矩阵，每个所述组合矩阵中的一个组合参数为一组参数状态；步骤3：通过公式计算在所述步骤2中的每一组的参数状态下，遭受鸟撞时，鸟体作用在风扇部件时产生的相对叶根的弯曲破坏角动量以及作用在风扇部件时产生的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量；步骤4：将所述步骤3中获得的每个与所述步骤2中的每组参数状态所对应的相对叶根的弯曲破坏角动量以及相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量分别与极限安全角动量以及极限破坏角动量进行对比，从而得到该组参数状态下的风扇部件的状态。

优选地，步骤1中的鸟类变量参数包括：鸟体重量、鸟体面积、鸟体密 度、鸟体速度。

优选地，所述风扇部件参数为风扇部件中的叶片转速、风扇部件中的叶片的叶片半径、风扇部件中的叶片的叶片数量。

优选地，所述步骤2中选取的所述步骤1中的鸟类变量参数以及风扇部件变量参数中的参数包括：风扇组件中风扇转速参数、鸟体重量参数、鸟体速度参数。

优选地，所述步骤2中的相对叶根的弯曲破坏角动量公式为：其中，M_B为每个叶片的鸟块质量；为在撞击高度上，垂直于叶片弦线的破坏速度；h为鸟在叶片上的撞击高度。

优选地，所述采用如下公式计算：其中，i为叶片的倾斜角、α'₂为叶片出口角；

所述M_B采用如下公式计算：

其中，u＝叶片速度，V_A＝鸟进入发动机的轴向速度，A_B＝鸟在发动机进口的投影面积，ρ_B＝鸟的密度。

优选地，所述步骤2中的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量采用如下公式计算：

其中，V_rel为鸟进入发动机的合成速度，z＝从进气边缘到转动中心的沿叶弦的长度，L＝一个转子叶片所切碎的鸟的长度、θ为鸟体相对叶弦的入射角、θ'为叶弦角、ρ_B是鸟体密度、A_B是鸟体撞击叶片的横截面积。

优选地，所述步骤4中的极限安全角动量以及极限破坏角动量通过试验获得。

优选地，所述风扇部件的状态包括如下状态：当相对叶根的弯曲破坏角动量小于极限安全角动量时，风扇部件处于损伤标准范围内；当相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量小于极限安全角动量时，风扇部件处于损伤标准范围内； 当相对叶根的弯曲破坏角动量大于极限破坏角动量时，风扇部件将超过损伤标准范围；当相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量大于极限破坏角动量时，风扇部件将超过损伤标准范围。

在本发明的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中，提出了完整的基于部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法，可以利用有限的试验结果，快速准确的对全转速、全鸟重、全鸟速状态下的风扇部件鸟撞能力作出评估。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶根的弯曲破坏角动量时的受力示意图。

图2是图1所示的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶根的弯曲破坏角动量时的矢量示意图。

图3是根据本发明一实施例的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量时的受力示意图。

附图标记：

1、叶片；

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对 本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是根据本发明一实施例的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶根的弯曲破坏角动量时的受力示意图。

图2是图1所示的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶根的弯曲破坏角动量时的矢量示意图。

图3是根据本发明一实施例的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法中风扇部件产生的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量时的受力示意图。

如图1至图3所示的基于风扇部件鸟撞试验结果的全状态鸟撞评估方法包括如下步骤：步骤1：获取鸟类变量参数、风扇部件变量参数；步骤2：选取步骤1中的鸟类变量参数以及风扇部件变量参数中的几个参数，并形成在选取的参数相互组合所形成的组合矩阵，每个所述组合矩阵中的一个组合参数为一组参数状态；步骤3：通过公式计算在所述步骤2中的每一组的参数状态下，遭受鸟撞时，鸟体作用在风扇部件时产生的相对叶根的弯曲破坏角动量以及作用在风扇部件时产生的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量；步骤4：将所述步骤3中获得的每个与所述步骤2中的每组参数状态所对应的相对叶根的弯曲破坏角动量以及相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量分别与极限安全角动量以及极限破坏角动量进行对比，从而得到该组参数状态下的风扇部件的状态。

在本实施例中，步骤1中的鸟类变量参数包括：鸟体重量、鸟体面积、鸟体密度、鸟体速度。

在本实施例中，风扇部件参数为风扇部件中的叶片转速、风扇部件中的 叶片的叶片半径、风扇部件中的叶片的叶片数量。

在本实施例中，步骤2中选取的步骤1中的鸟类变量参数以及风扇部件变量参数中的参数包括：风扇组件中风扇转速参数、鸟体重量参数、鸟体速度参数。

参见图1至图2，在本实施例中，步骤2中的相对叶根的弯曲破坏角动量公式为：其中，M_B为每个叶片的鸟块质量；为在撞击高度上，垂直于叶片弦线的破坏速度；h为鸟在叶片上的撞击高度。

上述中的采用如下公式计算：其中，i为叶片的倾斜角(图1及图2中所示的i)、α'₂为叶片出口角(图2及图1中所示α'₂)；

所述M_B采用如下公式计算：

其中，u为叶片速度，V_A为鸟进入发动机的轴向速度，A_B为鸟在发动机进口的投影面积，ρ_B为鸟的密度。

在本实施例中，步骤2中的相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量采用如下公式计算：

其中，V_rel为鸟进入发动机的合成速度，z＝从进气边缘到转动中心的沿叶弦的长度，L＝一个转子叶片所切碎的鸟的长度；θ'为图3中所示角度。ρ_B为鸟的密度。A_B为鸟在发动机进口的投影面积。

在本实施例中，所述步骤4中的极限安全角动量以及极限破坏角动量通过试验获得。具体地，可以基于已有的风扇部件鸟撞试验结果，依据对应发动机规定的叶片损伤标准，确定极限破坏状态和极限安全状态，依据公式：完成极限安全角动量和极限破坏角动量的计算。

在本实施例中，风扇部件的状态包括如下状态：

当相对叶根的弯曲破坏角动量小于极限安全角动量时，风扇部件处于损伤标准范围内；

当相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量小于极限安全角动量时，风扇部件处于损伤标准范围内；

当相对叶根的弯曲破坏角动量大于极限破坏角动量时，风扇部件将超过损伤标准范围；

当相对叶片的转动中心的扭转破坏角动量大于极限破坏角动量时，风扇部件将超过损伤标准范围。

下面以举例的方式对本发明做进一步阐述。可以理解的是，该举例并不构成对本发明的任何限制。

实施例：

进行风扇部件鸟撞试验，获取鸟类变量参数、风扇部件变量参数，按上述计算公式计算相对叶根的弯曲破坏角动量M_A和相对叶片转动中心的扭转破坏角动量M_θ。

依据M_A和M_θ数值，进行由小自大的排序，对应风扇组件中风扇转速参数、鸟体重量参数、鸟体速度参数随之变化。

如下表所举例，

计算变量为风扇转速、鸟重、鸟速。依据可能的转速范围、鸟重范围和鸟速范围，进行状态点组合。

如：风扇转速范围500～8000r/min每隔500转速一个点共16个转速状态

鸟体重量范围50～3000g每隔50g一个点共60个鸟体状态

鸟速范围50～200m/s每隔5m/s一个点共31个速度状态

组合后，共计16*60*31＝29760个状态点

依据公式分别计算所有状态点的M_A和M_θ。

当M_A≤M_As时，弯曲破坏在损伤标准范围内；

当M_θ≤M_θs时，扭转破坏在损伤标准范围内；

当M_A≥M_Ap时，弯曲破坏将超过损伤标准范围；

当M_θ≥M_θp时，扭转破坏将超过损伤标准范围。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。