【摘 要】
:
压气机叶片作为航空发动机中重要的零部件,对飞行安全以及整台发动机的性能具有重要的意义。动叶片高速旋转时,由于气动力、惯性力及弹性力三者的综合作用,受力情况复杂,而一般的理论计算只适用于模型和受力较为简单的情形,对于叶片这种复杂外形和受力不均的情形下,数值计算能够在保证计算精度的情形下高效的完成问题的分析,所以,叶片的气动弹性数值模拟具有重要的工程意义。本文以航空发动机中的钛合金压气机叶片为研究对象
论文部分内容阅读
压气机叶片作为航空发动机中重要的零部件,对飞行安全以及整台发动机的性能具有重要的意义。动叶片高速旋转时,由于气动力、惯性力及弹性力三者的综合作用,受力情况复杂,而一般的理论计算只适用于模型和受力较为简单的情形,对于叶片这种复杂外形和受力不均的情形下,数值计算能够在保证计算精度的情形下高效的完成问题的分析,所以,叶片的气动弹性数值模拟具有重要的工程意义。本文以航空发动机中的钛合金压气机叶片为研究对象,首先对目前国内外关于叶片的气动弹性问题研究进展进行了阐述;然后建立了气动弹性分析所用到的叶片物理模型,并对所应用的数学模型进行了概述;然后用ANSYS CFX软件对叶片所在流道内的流场特性进行了数值计算,并用标准算例对所选湍流模型和边界条件进行了验证;其次研究了叶片的气动弹性响应问题,主要对叶片进行了强度、振动模态和谐响应三方面的分析,并分析了预应力对叶片振动模态的影响;最后对叶片的气动弹性稳定性问题进行了研究,主要在能量法的基础上利用谐波平衡技术进行计算。本文主要研究工作和研究成果如下:(1)对消参后的叶片物理模型进行了逆向参数化处理,建立了文章计算过程中所需要的物理模型;对叶片气动弹性计算所需要的数学模型进行了详细描述与解释:包括流场分析所用到的三大守恒方程、状态方程和湍流模型,叶片结构分析所用到的牛顿结构动力学方程,以及两者耦合所用到的耦合方法。(2)研究了叶片所在流道内的流场特性,将Turbo Grid作为流场网格划分工具,并对所划分的网格做了无关性验证,计算了额定转速下(3600转/分)叶片不同进气流量下的特性,绘制了压比、等熵效率和相对质量流量之间的关系。分析结果表明,效率最高的工况所对应的质量流量处总压比并不是最高的,两者之间很难都达到一个最高的状态;最后通过用ROTOR67模型作为验证算例,研究了流场分析过程中所用的SST湍流模型的准确性,结果表明,SST湍流模型能够与实验数据保持相同的趋势。(3)研究了叶片的气动响应问题。对叶片进行了强度分析,并分析了气动载荷和离心载荷对叶片变形、应力大小与应力幅值位置的影响,分析结果表明考虑气动载荷作用时,叶片变形比不考虑气动载荷时要大0.44mm左右,但应力值小8.6MPa;对叶片进行模态分析发现:有预应力时的固有频率要比无预应力时的固有频率高,主要是因为预应力对叶片具有“刚化”的作用,但是叶片的各阶振型基本相同。绘制了预应力下的叶片共振图,结果表明,该叶片在工作状况下不会发生共振破坏。谐响应分析是基于模态振型叠加来计算,谐波激励力为气动载荷,将激励频率区间设置为0-1900Hz,并将其分为19份,每隔100Hz,施加一次激励。最后发现当激励频率和一阶固有频率接近时,叶片在Y方向的振动幅值最大,为1.1mm。(4)研究了叶片的气动弹性稳定性问题。主要分析了叶片的颤振情况。首先对颤振特征进行了研究,其次对颤振分析中所用到的计算方法进行了分析,并在能量法的基础上采用谐波平衡思想计算了非定常气动力对振动状态中的叶片所做的功,通过气动功计算气动阻尼。最后,分析了叶片前三阶模态下不同叶间相位角的气动阻尼大小,结果表明该叶片在额定转速工作时,不会发生颤振,具有气动弹稳定性。
其他文献
煤层气是一种自生自储于煤层气储层孔隙中的天然气,煤层气储层普遍压力低、渗透率小,并且煤层气的主要渗流通道为割理,易受到压缩、破碎等损害,因此必须使用无黏土相、低密度钻井液在煤层中钻进。为此,提出以水基钻井液为基础,对钻井液配方中的流型调节剂、降滤失剂等进行筛选,探究了温度变化及不同处理剂对钻井液性能的影响,使形成的低密度钻井液在携带岩屑的同时,保护煤层渗流通道,保持井壁稳定。确定的无黏土相水基钻井
Ti(C,N)基金属陶瓷材料因其具有优异的耐磨性、相对较低的摩擦系数和优异的化学稳定性,在机械加工行业和耐磨损零件等领域中已得到广泛的应用。但面对越来越严苛的应用工况(如高速干切或高温摩擦)时,传统Ni/Co粘结相的性能下降会限制其工业应用范围。高熵合金(HEA)所具有的高热稳定性、高硬度、高耐磨性等性能特征与金属陶瓷刀具切削工况相匹配,并被视为目前最有潜力的可替代粘结相。但大多数HEA粘结相对陶
能源问题日益成为社会发展过程中备受关注的重大问题,核能已被证明是一种可靠的,环境可持续的,具有成本效益的大规模电力来源。核能的开发和利用符合当今社会绿色发展和可持续发展的理念,因而备受关注。锆合金由于其具有比较低的热中子吸收截面和在辐射条件下比较好的韧性,常被用作和燃料的包壳材料。在2011年福岛核电站事故之后,能够提高提高核电站安全性的事故容错材料受到了广泛关注并亟需研发。在锆合金表面制备涂层是
随着我国经济的不断发展,房地产行业随之发展起来。房地产项目资金投入多、开发时间长,因此在进行房地产项目的开发过程中,房地产项目全过程成本的精细化管理是十分关键的一部分。企业应在源头上对房地产项目做好改良设计,运用不同的方式与手段强化对成本的管理及控制,用最少的建设成本收获最多的经济效益。基于此,文章就房地产开发项目全过程成本管理中存在的问题展开分析,并提出切实可行的措施,以供参考。
气调保鲜技术通过改变贮藏环境中的气体组分(主要是CO2和O2)的配比来使果蔬达到气调保鲜的效果,其中气调库的建立与使用就是气调保鲜技术最初的应用。随着技术的更新进步,在气调库的基础上发展了箱式气调保鲜,与气调库相比,气调箱最大的优势在于“可移动性”,操作管理灵活、简便,能够实现果蔬长距离、跨地区、反季节销售。本文以果蔬气调箱为研究对象,简化并建立三维非稳态数值模拟计算模型,利用CFD仿真软件对苹果
金属铝及其合金因性能优良、生产成本低廉、制造技术成熟等特点,在基础设施建设和战略新兴产业间均有着广泛的应用。铝主要是以氧化铝为溶质,冰晶石为溶剂,通过电解法批量生产,其生产过程内部不断发生着物质更替与能量交换,外部环境也频繁伴随着阳极更换、母线调整等工序交替。传统冶炼铝工艺能耗往往较高,其能源利用率不足50%且污染严重,这与我国节能减排的生产理念格格不入。因此,研究铝电解制造系统节能减排技术对提高
电动扳手是快速装卸螺纹连接件的手持式电动工具,可以装卸高强度螺钉。操作者只需要手持电动扳手就可以在短时间内将手动无法拧紧拆卸的螺纹连接件完成拆装。电动扳手使用时由于螺钉阻力矩和电机加速力矩产生反作用力,反作用力传递到操作者手部,长时间使用易产生疲劳,影响工作效率和精度,甚至会出现操作事故。同样,在自动生产线上机械臂拧紧螺钉,反作用力对机器产生疲劳损伤缩短使用寿命。所以研制一种极低反作用力的电动冲击
随着现代工业技术的快速发展,各种新结构、新材料的复杂零部件不断出现,相应的加工需求也在不断提高。而分布在航天航空、电子工业、汽车制造等各行业的微小孔加工,一直都是重点制造技术难题,深受国内外各界重视。射流电解加工是微小孔加工的主要方式之一,但也存在定域性较弱、水跃现象、加工不够稳定等不足。考虑到超声波具有方向性、能量集中、穿透性好等优点,在传播过程中存在空化效应、热效应、机械效应等理化效应,本文将
焊接金属波纹管机械密封是一种重要的端面密封方式,由于其独特的结构和组成材料的属性,常用于石油化工领域的一些高温高压装置,如柴油加氢装置、连续重整装置、蜡油加氢装置、燃料油加氢精制、煤焦油加氢装置等。这些场合都对焊接金属波纹管的强度和刚度提出了很高的要求。目前,在焊接金属波纹管的强度分析方面,研究大多局限于减小应力集中导致的局部材料屈服,从整体上求解焊接金属波纹管失稳极限压力的研究较少;在焊接金属波
航空发动机健康评估是保证飞行安全的重要技术手段,也是各航司、发动机厂降低维修保障费用、科学管理备件的基础条件。数据驱动的评估方法因为不需要复杂的物理模型、不依靠大量的故障数据成为航发健康评估研究的热点。本文围绕航发气路监测样本获取及预处理、故障诊断、故障预测等主要技术难点展开深入研究并构建相关算法,通过搭建健康评估平台对所有算法功能进行集成。主要研究工作内容如下:(1)通过Gas Turb建立双轴