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航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞改进设计

航空动力学报 2024年第2期39卷 86-94页

作者：汪松柏牛潇霍嘉欣张震相江柏均刘昭威中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估,分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明:真实鸟体撞击风扇转子... 详细信息

为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估,分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明:真实鸟体撞击风扇转子叶片后,主要造成叶片前缘变形、卷边和撕裂。风扇气动性能随叶片前缘半径增大而降低,当前缘半径超过0.25 mm后,风扇的稳定裕度急剧下降;最大厚度位置后移对风扇气动性能有益,但风扇转子叶片抗鸟撞能力下降。在保证风扇气动性能的前提下,通过合理选取设计参数,对风扇转子叶片进行改进设计,改进后叶片的抗鸟撞能力由30 g提高到50 g,抗鸟撞能力得到明显提升。

关键词：风扇转子叶片光滑粒子流体动力学(SPH) 鸟撞改进设计气动性能

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航空发动机压气机旋转不稳定现象的研究进展

航空学报 2024年

作者：汪松柏郝玉扬吴亚东陈勇余华蔚杜林北京航空航天大学航空发动机研究院中国航发四川燃气涡轮研究院上海交通大学机械与动力工程学院太行实验室

旋转不稳定现象是航空发动机压气机内一种复杂的流动不稳定现象，常常导致叶尖气动噪声增加或诱发叶片高幅值的流致振动问题。随着压气机气动负荷不断提高和整体叶盘叶片阻尼下降，国内外主要发动机公司在新型发动机研制过程中，都遭遇... 详细信息

旋转不稳定现象是航空发动机压气机内一种复杂的流动不稳定现象，常常导致叶尖气动噪声增加或诱发叶片高幅值的流致振动问题。随着压气机气动负荷不断提高和整体叶盘叶片阻尼下降，国内外主要发动机公司在新型发动机研制过程中，都遭遇过旋转不稳定现象诱发的叶片流致振动问题，且预测在未来高性能航空发动机研制过程中必将面临更严峻的挑战。首先回顾了过去80年来压气机流动失稳研究的发展历程，随后，梳理和总结了国内外近30年压气机旋转不稳定现象的研究进展，对压气机旋转不稳定现象、数值模拟方法、实验测试技术、产生机制、影响因素和控制方法的研究进展进行了回顾，旨在扩展压气机旋转不稳定方面的基础理论认知。最后，对压气机旋转不稳定现象给出了作者的思考及未来研究展望。

关键词：航空发动机压气机旋转不稳定现象非定常流动气动弹性流动控制

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轴流压气机转子叶片非同步振动研究进展

航空学报 2023年第17期44卷 1-19页

作者：汪松柏陈勇吴亚东张少平曹志鹏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

航空发动机非定常流固热声耦合问题涉及发动机性能、适航性和安全性等多个方面,是高性能航空发动机自主研制中不可回避的重要难题。转子叶片非同步振动是航空发动机压气机中出现的一类新的气动弹性问题,涉及多学科交叉。随着压气机气动... 详细信息

航空发动机非定常流固热声耦合问题涉及发动机性能、适航性和安全性等多个方面,是高性能航空发动机自主研制中不可回避的重要难题。转子叶片非同步振动是航空发动机压气机中出现的一类新的气动弹性问题,涉及多学科交叉。随着压气机气动负荷不断提高和叶片阻尼的下降,新研制的高性能压气机暴露出非同步振动问题,导致叶片振动应力超限,其引发的叶片断裂故障也屡见不鲜,但对其产生机制和控制方法尚未完全摸清。梳理和总结了国内外轴流压气机叶片非同步振动现象和特征,对转子叶片非同步振动的产生机制、影响因素、抑制方法的研究进展进行了回顾,旨在扩展压气机内不稳定流动诱发叶片非同步振动方面的基础理论认知,为先进航空发动机自主设计研制和故障分析诊断提供技术储备,并对该领域未来的发展进行了展望。

关键词：轴流压气机转子叶片非同步振动不稳定流动气动弹性振动抑制

多级压气机转子负荷系数对叶片非同步振动的影响

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航空学报 2023年第14期44卷 24-36页

作者：程荣辉余华蔚汪松柏杜林孙大坤孙晓峰中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 北京航空航天大学流体与声学工程实验室北京102206

通过理论计算分析与试验研究,解释了核心机试验中调节叶片(VSV)异常偏关引起的转子叶片非同步振动(NSV)现象。首先对出现叶片振动的前1.5级压气机进行了全环非定常数值模拟研究。数值结果表明当第1级静叶安装角从偏关2°逐渐调节到偏关... 详细信息

通过理论计算分析与试验研究,解释了核心机试验中调节叶片(VSV)异常偏关引起的转子叶片非同步振动(NSV)现象。首先对出现叶片振动的前1.5级压气机进行了全环非定常数值模拟研究。数值结果表明当第1级静叶安装角从偏关2°逐渐调节到偏关6°时,第1级转子叶片负荷逐渐增加,并出现明显的分离流动结构,该流动现象在转子叶片上产生非整数倍转频的压力脉动激励,这是典型的旋转失稳(RI)现象特征。为进一步研究旋转失稳诱发非同步振动与转子气动负荷之间的关联,在6级跨声压气机试验件上开展了系统性的计算与试验研究。通过二维通流计算评估了不同进口导叶/静叶(VIGV/VSV)角度下,第1级转子负荷随转速的变化规律。进而通过6级压气机试验,观察到当第1级静子叶片调整到偏关8°以及第1、第2静子叶片同时调整到偏关4°和偏关3.6°时,第1级转子叶片均出现了非同步振动现象。通过分析第1级转子叶片表面应变的频谱和机匣动态压力脉动的频谱,建立了二者的内在关联。明确了除叶尖径向间隙大外,可调导叶/静叶偏关同样会在转子叶尖形成高负荷,导致叶尖区域流动不稳定进而诱发叶尖旋转失稳现象。研究结果对于多级压气机的设计工作具有重要的指导意义。

关键词：多级轴流压气机非同步振动负荷系数旋转不稳定可调导叶/静叶

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轴流压气机转子叶片非同步振动的研究进展

航空学报 2022年

作者：汪松柏陈勇吴亚东张少平曹志鹏上海交通大学机械与动力工程学院中国航发四川燃气涡轮研究院

航空发动机非定常流固热声耦合问题涉及发动机性能、适航性和安全性等多个方面，是高性能航空发动机自主研制中不可回避的重要难题。转子叶片非同步振动是航空发动机压气机中出现的一类新的气动弹性问题，涉及多学科交叉，随压气机气动... 详细信息

航空发动机非定常流固热声耦合问题涉及发动机性能、适航性和安全性等多个方面，是高性能航空发动机自主研制中不可回避的重要难题。转子叶片非同步振动是航空发动机压气机中出现的一类新的气动弹性问题，涉及多学科交叉，随压气机气动负荷不断提高和叶片阻尼下降，新研制的高性能压气机暴露出非同步振动问题，导致叶片振动应力超限，其引发的叶片断裂故障也屡见不鲜，但对其产生机制和控制方法尚未完全摸清。梳理和总结了国内外轴流压气机叶片非同步振动现象及特征，对转子叶片非同步振动的产生机制、影响因素、抑制方法的研究进展进行了回顾，旨在扩展压气机内不稳定流动诱发叶片非同步振动方面的基础理论认知，为先进航空发动机自主设计研制和故障分析诊断提供技术储备，并对该领域未来的发展进行展望。

关键词：轴流压气机转子叶片非同步振动不稳定流动气动弹性振动抑制研究进展

基于流固耦合方法的跨声速叶片气动和强度性能研究

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振动与冲击 2016年第20期35卷 104-110页

作者：汪松柏李绍斌宋西镇北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

为研究流固耦合对跨声速压气机叶片气动和强度性能的影响,采用商用软件ANSYS-CFX/Multiphysics研究了跨声速叶片在气动力和离心力共同作用下的气动性能变化规律,通过单向和双向两种耦合方法对比分析了叶片的强度性能。结果表明:叶片在... 详细信息

为研究流固耦合对跨声速压气机叶片气动和强度性能的影响,采用商用软件ANSYS-CFX/Multiphysics研究了跨声速叶片在气动力和离心力共同作用下的气动性能变化规律,通过单向和双向两种耦合方法对比分析了叶片的强度性能。结果表明:叶片在气动力和离心力共同作用下,叶尖前缘变形量最大,气动性能与冷态叶片相比有明显变化,叶尖激波位置前移,堵塞流量增大。双向流固耦合与单向耦合相比,叶片的总体变形量增大约1.1%,最大等效应力增大0.8%左右。研究结果表明工程设计应采用双向流固耦合方法进行叶片气动性能设计和强度校核,以提高压气机的安全性和可靠性。

关键词：跨声速压气机流固耦合气动性能强度性能

转静干涉对跨声速压气机叶片静气动弹性的影响

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推进技术 2017年第2期38卷 341-347页

为了研究转静干涉对叶片静气动弹性的影响,采用时域双向流固耦合方法对1.5级跨声速压气机转子叶片在气动力和离心力共同作用下的变形过程进行了数值模拟,分析了设计工况下叶片的变形特征及其对气动性能的影响。结果表明:叶片变形明显改... 详细信息

为了研究转静干涉对叶片静气动弹性的影响,采用时域双向流固耦合方法对1.5级跨声速压气机转子叶片在气动力和离心力共同作用下的变形过程进行了数值模拟,分析了设计工况下叶片的变形特征及其对气动性能的影响。结果表明:叶片变形明显改变通道激波位置和强度,最大绝热效率时均值较冷态叶型提高0.45%,堵塞流量增加了0.7%,气动特性线向流量增大方向偏移。气动力和离心力主要影响转子叶片轴向和周向的变形分量,转子叶片与导叶轴向间距缩短加剧了上下游叶片非定常气动干涉,转子前缘表面非定常压力波动幅值增加12.3%,周向变形使得转子前缘进口叶型角增大,上半叶高表面静压分布明显改变。高性能压气机工程设计中应该考虑叶片静气动弹性变形对气动性能的影响。

关键词：跨声速压气机叶片变形双向流固耦合气动性能非定常流动

基于流固耦合的跨声速压气机叶片静气动弹性分析

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力学与实践 2016年第1期38卷 38-42页

采用时域推进的双向流固耦合方法对一级跨声速压气机叶片流场和固体域进行数值模拟,研究跨声速转子叶片静气动弹性变形及其对气动性能的影响,对比分析了100%转速下转子叶片的气动特性和固有频率的变化.结果表明:转子叶片在气动力和离心... 详细信息

采用时域推进的双向流固耦合方法对一级跨声速压气机叶片流场和固体域进行数值模拟,研究跨声速转子叶片静气动弹性变形及其对气动性能的影响,对比分析了100%转速下转子叶片的气动特性和固有频率的变化.结果表明:转子叶片在气动力和离心惯性力共同作用下的弹性变形以扭转变形为主,气动力对叶尖前缘变形量的影响可达总变形量的20%.转子叶片变形后通道流通能力增强,气动特性曲线向大流量方向偏移.

关键词：跨声速压气机静气动弹性流固耦合

高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片非同步振动的实验研究

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推进技术 2023年第2期44卷 75-82页

作者：汪松柏张少平余华蔚吴亚东陈勇曹志鹏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

为揭示高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片高振幅值非同步振动的发展过程及其产生机理,本文从实验角度出发,详细揭示了一种由旋转不稳定涡激发转子叶片非同步振动瞬态过程中流体主动作用至被动响应的变化趋势。研究结果表明,在叶片振... 详细信息

为揭示高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片高振幅值非同步振动的发展过程及其产生机理,本文从实验角度出发,详细揭示了一种由旋转不稳定涡激发转子叶片非同步振动瞬态过程中流体主动作用至被动响应的变化趋势。研究结果表明,在叶片振动触发前,第一级转子叶尖分离涡扰动已存在,但其频率与叶片固有频率未耦合。随级负荷进一步升高,分离涡频率小幅波动,诱发其与叶片一阶固有频率耦合,激发转子叶片高振幅值振动。气流扰动周向模态数由流体主动作用时的高模态发展为被动响应时的低模态。

关键词：高负荷压气机旋转不稳定转子叶片非同步振动压力脉动