航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣包容性機(jī)理及數(shù)值仿真方法研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣包容問題非常復(fù)雜，涉及大變形、材料粘塑性和失效，以及極短時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件之間大量整體和局部高速高能相互作用，包含多種非線性特性。本文結(jié)合打靶試驗(yàn)、模擬機(jī)匣/葉片包容試驗(yàn)和真實(shí)風(fēng)扇和渦輪機(jī)匣/葉片包容試驗(yàn)，采用理論分析和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對以下問題進(jìn)行了研究:
　　(1)進(jìn)行了平板和機(jī)匣受圓柱彈和葉片彈撞擊的對比研究。通過打靶試驗(yàn)，使用理論方法對靶板抗擊穿性能和彈體侵徹能力進(jìn)行了研究，對靶板吸能模式進(jìn)行了分類，并

2、給出了相應(yīng)的能量計(jì)算公式。為計(jì)算葉片彈撞擊情況下靶板凹陷變形能，提出了基于任意截面形狀彈體撞擊靶板的凹陷能量計(jì)算方法和公式。同時(shí)，理論分析了葉片彈體頭部破碎和靶板失效模式轉(zhuǎn)變機(jī)制，數(shù)值仿真研究了偏航角對葉片彈撞擊靶板的影響。
　　(2)建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣/葉片包容性數(shù)值仿真方法。以高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的一次模擬機(jī)匣/葉片包容試驗(yàn)為研究對象，采用ANSYS/LS-DYNA程序，評估了網(wǎng)格尺寸、接觸剛度罰因子和摩擦系數(shù)對數(shù)值仿真結(jié)果

3、的影響。研究結(jié)果表明，這些因素影響葉片與機(jī)匣之間的相互作用力、能量的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)化、機(jī)匣和葉片的變形及失效等。基于此，建立了適用于金屬材料機(jī)匣/葉片包容性問題的數(shù)值仿真方法，并使用其它次包容試驗(yàn)對此方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)深入研究了風(fēng)扇機(jī)匣/葉片包容機(jī)理。使用建立的數(shù)值仿真方法對真實(shí)風(fēng)扇機(jī)匣/葉片包容性進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算，隨后進(jìn)行了真實(shí)風(fēng)扇機(jī)匣/葉片包容試驗(yàn)，通過比較數(shù)值仿真與試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)值仿真結(jié)果的合理性和數(shù)值仿真方法的適

4、用性。采用驗(yàn)證后的數(shù)值仿真模型，對風(fēng)扇機(jī)匣/葉片包容機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，研究了葉片之間相互作用和轉(zhuǎn)速對包容過程的影響。
　　(4)深入研究了渦輪機(jī)匣/葉片包容機(jī)理。與風(fēng)扇機(jī)匣/葉片包容機(jī)理研究方法類似，通過渦輪機(jī)匣/葉片包容試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值仿真結(jié)果的正確性和數(shù)值仿真方法的合理性，使用數(shù)值仿真對渦輪機(jī)匣/葉片包容機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明，渦輪機(jī)匣/葉片包容機(jī)理與風(fēng)扇機(jī)匣/葉片相比存在較大差異，葉片之間相互作用和轉(zhuǎn)速對包容過程的