重型燃气轮机高雷诺数CDA叶型转捩特性数值计算

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作者 王润禾 童歆 +2 位作者 羌晓青 杜朝辉 欧阳华 《航空发动机》 北大核心 2023年第5期136-142,共7页

为研究重型燃气轮机的压气机叶片在高雷诺数工况下的气动性能,基于Gamma-Theta转捩模型的雷诺时均方程对某可控扩散叶型进行了数值计算。通过对比不控制马赫数与控制马赫数,分析高雷诺数对可控扩散叶型气动性能及转捩特性的影响。结果表... 为研究重型燃气轮机的压气机叶片在高雷诺数工况下的气动性能,基于Gamma-Theta转捩模型的雷诺时均方程对某可控扩散叶型进行了数值计算。通过对比不控制马赫数与控制马赫数,分析高雷诺数对可控扩散叶型气动性能及转捩特性的影响。结果表明:在不控制马赫数条件下,在零攻角时,雷诺数从7×105增大为9×105,总压损失增加了约391.95%;在高雷诺数工况下随着雷诺数的增大,叶片流动损失不断增大,叶片可用攻角范围减小,同时在叶片吸力面出现激波,干扰转捩的产生。在控制马赫数条件下,当Ma=0.6时,在零攻角工况下,雷诺数从8.2×105增大为1×107,总压损失减小了约38.98%,吸力面转捩起始点从4.78%弦长处前移至1.11%弦长处;在高雷诺数工况下,叶片流动损失随着雷诺数的增大不断减小,吸力面转捩位置前移。 展开更多

关键词 重型燃气轮机 高雷诺数 可控扩散叶型 马赫数控制 附面层转捩

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基于圆弧斜缝处理机匣的压气机叶顶泄漏流实验和数值研究 被引量：1

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作者 吴亚东 李涛 张永杰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期745-755,共11页

为研究处理机匣对压气机总体性能、叶顶流动非定常性以及旋转不稳定性的影响,基于圆弧斜缝处理机匣对一台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行被动控制.通过实验对不同工况下的叶顶脉动压力进行频谱分析,并对比机匣处理前后压气机性能以... 为研究处理机匣对压气机总体性能、叶顶流动非定常性以及旋转不稳定性的影响,基于圆弧斜缝处理机匣对一台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行被动控制.通过实验对不同工况下的叶顶脉动压力进行频谱分析,并对比机匣处理前后压气机性能以及转子叶顶区域流场特性的变化.结果表明:圆弧斜缝处理机匣能够使压气机获得6.8%的失速裕度提升量,抑制旋转不稳定性现象对应的频谱上的宽频带凸起,推迟泄漏涡的起始位置,进而消除了跨越相邻叶片周向传播的流动现象.斜缝内形成的回流能够抽吸低速流体,减少流道堵塞,改善叶顶的通流能力. 展开更多

关键词 轴流压气机 旋转不稳定性 处理机匣 叶顶泄漏流

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基于积叠线的风扇叶片优化与振动特性研究 被引量：4

3

作者 张效溥 王仲林 +2 位作者 田杰 陈勇 欧阳华 《航空发动机》 北大核心 2020年第4期58-64,共7页

为了改善航空发动机风扇叶片静强度和振动特性,以风扇叶片静应力和应变能密度指数为优化目标,采用Kriging代理模型和微种群遗传算法,分析风扇叶片重心积叠线周向构型变化对叶片强度振动性能的影响。以叶片重心积叠线周向构型为设计参数... 为了改善航空发动机风扇叶片静强度和振动特性,以风扇叶片静应力和应变能密度指数为优化目标,采用Kriging代理模型和微种群遗传算法,分析风扇叶片重心积叠线周向构型变化对叶片强度振动性能的影响。以叶片重心积叠线周向构型为设计参数,实现风扇叶片参数化建模和有限元网格的自动划分及有限元计算。建立航空发动机风扇"参数化建模—有限元仿真—强度和振动特性优化"的一体化平台,对某宽弦风扇叶片进行优化设计。结果表明:优化后叶片中心的高应力区向叶尖偏移,叶根前缘的高应力区得到了改善,最大静应力减小了5.45%,应变能密度指数减小了5.94%,在相同载荷下的第1阶振动应力裕度从66.81%提高到了70.46%;叶片的固有频率、振型和共振裕度等没有明显变化,表明此优化算法可有效改善叶片的静强度和振动应力分布,且不会对其它振动特性产生不利影响。 展开更多

关键词 风扇叶片 积叠线 Kriging代理模型 振动特性 优化设计 航空发动机

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三维不等直径串列圆柱绕流的双涡脱落流态频率特征研究 被引量：3

4

作者 陈洁 虞培祥 欧阳华 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期386-393,共8页

采用大涡模拟方法计算Re=2×10^(3)三维不等直径串列圆柱(d/D≤1)绕流问题。结果显示,处于双涡脱落流态时,随着串列圆柱间距增加,上游圆柱量纲为一的涡脱频率值St_(1)总体上升,而下游圆柱量纲为一的涡脱频率值St_(2)存在先下降后上... 采用大涡模拟方法计算Re=2×10^(3)三维不等直径串列圆柱(d/D≤1)绕流问题。结果显示,处于双涡脱落流态时,随着串列圆柱间距增加,上游圆柱量纲为一的涡脱频率值St_(1)总体上升,而下游圆柱量纲为一的涡脱频率值St_(2)存在先下降后上升的变化规律。在圆柱间距较小的情况下,St_(2)随着串列圆柱间距的增加而减小,量纲为一的涡脱频率比值、直径比与间距比之间近似满足St_(2)/St_(1)∝(L/D)^(-1/4)(d/D)的幂指数关系;在圆柱间距较大的情况下,圆柱间时均流向速度提高并趋近主流区速度,St_(2)随间距比增加而上升。在较小直径比串列圆柱情形下,下游圆柱量纲为一的涡脱频率St_(2)可下降至更低的临界拐点,从而产生“次谐波涡脱锁定”现象。 展开更多

关键词 不等直径串列圆柱 双涡脱落流态 三维大涡模拟 频率特征

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非均布汽车冷却风扇噪声实验及数值研究 被引量：3

5

作者 罗来彬 吴亚东 +1 位作者 彭志刚 欧阳华 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2021年第5期175-181,共7页

基于实验和仿真的结果建立非均布汽车风扇及加换热器后的噪声预测模型。首先,声学实验结果表明汽车风扇的声压级近似与转速的6次方成正比,体现出典型偶极子声源特性。然后,基于CFD计算结果,采用涡声理论分析风扇噪声源分布。最后,在偶... 基于实验和仿真的结果建立非均布汽车风扇及加换热器后的噪声预测模型。首先,声学实验结果表明汽车风扇的声压级近似与转速的6次方成正比,体现出典型偶极子声源特性。然后,基于CFD计算结果,采用涡声理论分析风扇噪声源分布。最后,在偶极子声源模型基础上,结合实验测试结果得到噪声预测模型,通过将该预测模型用于不同的汽车风扇和加换热器后的情况,预测值和实验相差1.5 dB(A)以内,表明该预测模型具有较好的通用性,可根据早期风扇设计的数值计算结果快速预测冷却风扇的噪声。 展开更多

关键词 声学 非均布汽车风扇 换热器 噪声预测 偶极子声源

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复材风扇叶片榫头元件低周疲劳和损伤模式

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作者 肖贾光毅 唐旭 +1 位作者 张煜坤 陈勇 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期486-493,共8页

为考核层合结构复材风扇叶片在1.5倍离心载荷下的低周疲劳寿命,制备一批风扇叶片,在薄弱部位取样。通过建立层合结构风扇叶片有限元模型,模拟榫头的应力状态,从而确定拉伸载荷水平,开展拉-拉载荷低周疲劳测试。在相邻铺层间引入内聚力单... 为考核层合结构复材风扇叶片在1.5倍离心载荷下的低周疲劳寿命,制备一批风扇叶片,在薄弱部位取样。通过建立层合结构风扇叶片有限元模型,模拟榫头的应力状态,从而确定拉伸载荷水平,开展拉-拉载荷低周疲劳测试。在相邻铺层间引入内聚力单元,并考虑榫头试样单向带面内损伤,模拟损伤变量随循环数累积的过程,增加虚拟拉伸载荷,得到榫头低周疲劳失效时刻的损伤状态。试验结果说明榫头元件形成分层裂纹的平均寿命为17207次循环,首次出现分层裂纹的位置基本一致。数值仿真结果表明榫头单向带基体和层间损伤累积引起裂纹扩展,导致低周疲劳失效。本研究可为建立层合结构复材风扇叶片低周疲劳寿命试验流程和疲劳失效判据提供支撑。 展开更多

关键词 低周疲劳寿命 风扇叶片 复合材料 有限元法 渐进损伤分析

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不同叶顶间隙下压气机旋转不稳定性特性 被引量：5

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作者 赖生智 吴亚东 +1 位作者 田杰 欧阳华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期265-276,共12页

采用全通道数值计算方法对一台单级低速轴流压气机旋转不稳定性(RI)特性进行分析,研究了4种叶顶间隙条件下RI的频率特性、模态特性和流场特性的变化及原因.采用相干分析方法得到相邻叶片通道内同角度位置压力信号相干函数和互功率谱,显... 采用全通道数值计算方法对一台单级低速轴流压气机旋转不稳定性(RI)特性进行分析,研究了4种叶顶间隙条件下RI的频率特性、模态特性和流场特性的变化及原因.采用相干分析方法得到相邻叶片通道内同角度位置压力信号相干函数和互功率谱,显示产生RI流动的通道涡结构在周向的传播特性.空间模态分解和旋转源机理分析得到RI的周向模态特性,影响RI通道涡结构的脉动和旋转特性及其在绝对和相对坐标系下的关系.结果表明:随着叶顶间隙的减小,叶顶流动强度减弱,RI现象强度逐渐减弱,主模态阶数增大. 展开更多

关键词 旋转不稳定性(RI) 数值模拟 叶顶间隙流动 旋转源机理 周向模态

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浮式风力机横荡运动下气动特性分析 被引量：3

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作者 黄亚振 陈嘉佳 +2 位作者 沈昕 吴亚东 田杰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期279-285,共7页

浮式平台的横荡运动会影响到风力机相对入流速度以及叶轮-尾流的相互作用,导致浮式风力机的气动特性更为复杂。基于升力面自由尾迹模型,以NREL 5 MW全尺寸浮式风力机作为研究对象,分析在横荡运动下浮式风力机整机性能以及叶片非定常气... 浮式平台的横荡运动会影响到风力机相对入流速度以及叶轮-尾流的相互作用,导致浮式风力机的气动特性更为复杂。基于升力面自由尾迹模型,以NREL 5 MW全尺寸浮式风力机作为研究对象,分析在横荡运动下浮式风力机整机性能以及叶片非定常气动特性,并探究其作用机理。研究表明,横荡运行下,远场尾迹对叶片的诱导作用减小,整机的功率及推力略有提升;横荡速度附加在旋转方向上导致功率及推力与横荡运动存在一定的相位差;叶片上切向力及法向力呈现不同的分布,频率为横荡运动的2倍,叶片变形会相应增大,叶尖与塔架碰撞风险增大。 展开更多

关键词 海上风力机 浮式平台 升力面理论 非定常气动性能 横荡

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电子器件散热风扇气动噪声管道声学模态截止控制技术 被引量：4

9

作者 孙宗翰 田杰 +1 位作者 张效溥 欧阳华 《应用声学》 CSCD 北大核心 2020年第2期189-198,共10页

该文针对电子器件散热用的一款变速轴流风扇的气动噪声及其降噪方法进行实验研究。首先利用风扇旋转轴等高平面内圆周分布的传感器阵列测量风扇不同转速下远场噪声分布,总声压级与转速的对数关系验证散热风扇主要气动噪声属于偶极源噪声... 该文针对电子器件散热用的一款变速轴流风扇的气动噪声及其降噪方法进行实验研究。首先利用风扇旋转轴等高平面内圆周分布的传感器阵列测量风扇不同转速下远场噪声分布,总声压级与转速的对数关系验证散热风扇主要气动噪声属于偶极源噪声,频谱分析显示离散单音噪声为主要噪声影响因素。基于管道声学理论的管道模态截止方法,研究进出风口安装圆形短管对风扇气动噪声的影响,实验结果显示不同位置、不同长度的短管对风扇远场噪声影响不同。额定转速下,在进风口安装2 cm管道可以使远场1 m处平均总声压级下降4.1 dB(A),降噪效果显著。模态测量结果显示,此种情况下对应离散单音处的风扇主要模态幅值大大降低,风扇离散单音噪声降低从而噪声总声压级大幅减小。该方法为散热风扇降噪提供了一种新的途径。 展开更多

关键词 散热风扇 降噪 管道模态截止 频谱分析

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铺层复合材料风扇叶片榫头元件级静强度试验方法 被引量：3

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作者 张煜坤 陈勇 唐旭 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期334-343,共10页

复合材料风扇叶片需要经过积木式多层级验证才能投入使用,元件级试验是其中重要一环。针对铺层复合材料风扇叶片榫头强度问题,研究了榫头元件级静强度试验方法。搭建了榫头元件级静强度试验平台,完成了榫头元件级试样件及其夹具的设计... 复合材料风扇叶片需要经过积木式多层级验证才能投入使用,元件级试验是其中重要一环。针对铺层复合材料风扇叶片榫头强度问题,研究了榫头元件级静强度试验方法。搭建了榫头元件级静强度试验平台,完成了榫头元件级试样件及其夹具的设计及制造,提出了数据采集、试验流程和试验结果数据分析方法。试验结果表明:榫头元件试样件的失效模式为层间分离;层间正应力是造成铺层分离的主要原因,而层间剪切应力促进了分层裂纹的扩展;层间应力的有限元分析结果验证了试验结论,榫头层间分离发生位置与有限元预测结果吻合较好,证实了有限元模型的有效性。 展开更多

关键词 风扇叶片 复合材料 榫头 试验方法 静强度测试

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基于压电纤维复合材料的离心叶轮叶片高阶模态测量 被引量：3

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作者 曾丹 陈勇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1612-1620,共9页

为准确获取离心叶轮叶片的高阶振动特性及其模态,利用压电纤维复合材料(Marco fiber composite,MFC)对离心叶轮叶片进行模态测试。设计了MFC激励系统,提出了MFC选型、激励和测点位置的确定方法,研究了不同信号的高阶模态激励效果,并分析... 为准确获取离心叶轮叶片的高阶振动特性及其模态,利用压电纤维复合材料(Marco fiber composite,MFC)对离心叶轮叶片进行模态测试。设计了MFC激励系统,提出了MFC选型、激励和测点位置的确定方法,研究了不同信号的高阶模态激励效果,并分析了MFC附加质量和刚度对叶片固有频率和模态的影响;结合有限元仿真结果,对比分析了前20阶振动模态的异同。试验结果表明:MFC具有操作简单、重复性好、信噪比高、能够稳定激励出高阶模态等优势,计算模态与测量模态吻合较好,在第6~8阶与第12~15阶之间存在模态密集区域;MFC附加质量和刚度对实验固有频率的影响低于4%。提出的MFC激励方法可用于具有较高固有频率的航空发动机部件的模态测量。 展开更多

关键词 MFC激振器 离心叶轮 模态分析 振动特性 模态振型

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基于大涡模拟的圆柱绕流剪切层不稳定性 被引量：4

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作者 郭志远 虞培祥 欧阳华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期924-933,共10页

圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2000,3900,5000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不... 圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2000,3900,5000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不稳定性的深入研究.为获得剪切层不稳定性的特征频率,分别采用传统的监测点分析与局部流场的动态模态分解方法进行计算.结果显示,两种方法得到的频率基本一致.不过,相比传统方法,动态模态分解方法一方面能克服人为选择监测点带来的随机误差,较便捷地给出剪切层不稳定性特征频率,另一方面还能进一步通过不同流场模态分析出不同Re对剪切层不稳定性特性的影响. 展开更多

关键词 圆柱绕流 开尔文-亥姆霍兹不稳定性 大涡模拟 动态模态分解

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波纹叶片控制扩压叶栅流动分离的DES数值模拟 被引量：4

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作者 苏丽蓉 羌晓青 《节能技术》 CAS 2020年第1期16-20,共5页

为了研究新型被动流动控制技术-波纹叶片对扩压叶栅流动分离的控制效果并探索其流动机理,本文采用分离涡算法(DES)对0°和8°攻角下的原型和波纹叶片进行数值模拟。研究结果表明:在0°攻角下,波纹叶片对扩压叶栅性能产生的... 为了研究新型被动流动控制技术-波纹叶片对扩压叶栅流动分离的控制效果并探索其流动机理,本文采用分离涡算法(DES)对0°和8°攻角下的原型和波纹叶片进行数值模拟。研究结果表明:在0°攻角下,波纹叶片对扩压叶栅性能产生的影响非常微弱,总体性能与原型叶栅基本相当,非定常流动具有较好的周期性;在8°攻角下,波纹叶片能明显降低叶栅总压损失、减小流动分离。详细的流场细节分析表明,叶片表面的波纹能诱导产生一对反向旋转的流向涡,有效加强叶栅前缘的局部流动,为附面层的低能流体注入动量,从而提高了附面层抗分离能力,延缓了分离的产生。 展开更多

关键词 扩压叶栅 波纹叶片 流动分离 流动损失 DES数值模拟

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压气机退失速控制的数值仿真

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作者 高原 吴亚东 欧阳华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1343-1351,共9页

为了探究退喘阀快速开启时退失速有效性和稳定性的影响因素及其流场机理,对退失速的动态过程进行了数值仿真,并比较了不同放气速度的退失速过程.使用了两种数值模拟方法:分布式变转速MG(Moore&Greitzer)模型和RANS(雷诺平均Navier-S... 为了探究退喘阀快速开启时退失速有效性和稳定性的影响因素及其流场机理,对退失速的动态过程进行了数值仿真,并比较了不同放气速度的退失速过程.使用了两种数值模拟方法:分布式变转速MG(Moore&Greitzer)模型和RANS(雷诺平均Navier-Stokes)方程.两者对性能曲线的预测在趋势上吻合较好.RANS结果显示,以不同速度开阀,退失速过程流场变化本质上相同,扰动受由入口产生的高速气流影响向下游迁移,并最终位于转子前缘平面,其尺度会随着轴向高速气流的冲击进一步减小直到完全消散.对比不同开阀速度可知,开阀越快,入口产生的高速气流越强,使得退失速时间越短;扰动削弱程度越大,扰动的周向传播速度越快,越接近转子转速.开阀过程中,气流波动会更剧烈,能量损失更多. 展开更多

关键词 失速 退喘阀门控制 分布式变转速MG模型 数值模拟 流场机理分析

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中介机匣可调放气活门结构变化影响

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作者 韦禹 羌晓青 董威 《节能技术》 CAS 2020年第2期104-108,共5页

为了研究中介机匣可调放气活门结构变化对放气能力和内涵出口总压畸变的影响,本文采用数值方法,在确保活门迎风面积的基础上对不同周向角度和轴向位置的可调放气活门进行了对比研究。研究结果表明:在原型位置,活门周向打开角度越大放气... 为了研究中介机匣可调放气活门结构变化对放气能力和内涵出口总压畸变的影响,本文采用数值方法,在确保活门迎风面积的基础上对不同周向角度和轴向位置的可调放气活门进行了对比研究。研究结果表明:在原型位置,活门周向打开角度越大放气能力越强,放气量相对原型最多差别6%左右;轴向位置改变对放气能力的影响大于周向打开角度的改变,在活门进入弯折段后放气能力相对原型普遍上升25%左右。综合考虑总压畸变、放气能力和内涵出口的总压分布,可以在中介机匣出口附近设置活门并取合适的周向打开角度。 展开更多

关键词 中介机匣 可调放气活门 结构变化 放气能力 总压畸变 数值模拟

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复合材料风扇叶片鸟撞损伤的精细化分析方法

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作者 宋长远 唐旭 +1 位作者 陈大玮 陈勇 《航空发动机》 北大核心 2022年第2期25-32,共8页

为了研究复合材料风扇叶片鸟撞损伤机理并指导研发设计,提出一种鸟撞复合材料风扇叶片的精细化分析方法。建立了包含铺层信息的复合材料风扇叶片精细化有限元模型,进行中鸟撞击工况的数值计算,基于ANSYS-Workbench软件的自动化脚本和MAT... 为了研究复合材料风扇叶片鸟撞损伤机理并指导研发设计,提出一种鸟撞复合材料风扇叶片的精细化分析方法。建立了包含铺层信息的复合材料风扇叶片精细化有限元模型,进行中鸟撞击工况的数值计算,基于ANSYS-Workbench软件的自动化脚本和MATLAB程序提取铺层有限元结果数据进行失效分析,通过Tecplot实现结果的可视化并结合叶片冲击响应进行叶片损伤分析。结果表明:叶片的冲击响应除周向弯曲、轴向弯曲、扭转以外,在伸根段以上部分还包含高阶模态成分;叶片内部失效明显,叶片外表可见损伤较少;在伸根段和榫头内部50%弦长位置出现明显分层,发生基体开裂的铺层较多;相同角度铺层的纤维失效和基体失效位置及演化规律相似,少量铺层在高阶模态影响下,在特殊位置失效;±45°铺层在伸根段前缘附近出现显著纤维拉伸失效,该位置为叶片的鸟撞薄弱点。 展开更多

关键词 复合材料风扇叶片 鸟撞 有限元 冲击响应 失效分析 航空发动机

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拓宽大涵道比风扇稳定运行范围的叶片优化设计

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作者 张科 吴亚东 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1024-1034,共11页

基于Kriging代理模型构建了针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的气动优化设计方法,集成了参数化建模、TurboGrid网格划分和计算流体力学(CFD)组合优化技术.以风扇叶片的各叶高截面叶型为优化对象,进行基于叶片安装角扭转和最大厚度位置移... 基于Kriging代理模型构建了针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的气动优化设计方法,集成了参数化建模、TurboGrid网格划分和计算流体力学(CFD)组合优化技术.以风扇叶片的各叶高截面叶型为优化对象,进行基于叶片安装角扭转和最大厚度位置移动的叶型重构.选取失速点流量作为目标函数,对风扇叶片稳定运行范围进行评估并优化.与原叶片相比,优化叶片的稳定运行范围拓宽10.1%,且在稳定运行范围中表现出更高的性能.效率和压力系数的最大增幅分别为2.63%和9.27%,表明优化过程有效地拓宽了风扇叶片的稳定工作范围,并大幅提高了效率和总压升等性能指标. 展开更多

关键词 Kriging代理模型 大涵道比风扇叶片 气动优化设计 叶型重构 稳定运行范围

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