本發(fā)明涉及航空發(fā)動機吸鳥適航符合性驗證技術領域。

背景技術：

現(xiàn)代渦輪噴氣航空發(fā)動機工作時極易吸入飛鳥，鳥體撞擊發(fā)動機風扇或壓氣機葉片，造成葉片的變形，影響發(fā)動機的正常工作，危及飛行安全。世界各大航空強國均高度重視航空發(fā)動機葉片抗鳥撞設計與分析工作，并以適航條例的形式規(guī)定了發(fā)動機葉片抗鳥撞的能力及其評估要求。任意一款發(fā)動機定型前，需要采用風扇組件及全尺寸發(fā)動機開展吸鳥適航驗證試驗，即采用空氣炮發(fā)射規(guī)定質(zhì)量的鳥，按一定的速度與入射位置撞擊不同旋轉速度的風扇。在世界通行的幾款適航條例中，只有鳥的質(zhì)量給予了明確規(guī)定，其他如吸鳥速度，撞擊位置，發(fā)動機工作狀態(tài)等驗證用關鍵參數(shù)只給出了大致的范圍，必須采用分析方法確定，以指導發(fā)動機吸鳥適航驗證試驗與確立發(fā)動機葉片抗鳥撞設計準則。因此必須發(fā)展一種分析方法來確定吸鳥試驗時選取的關鍵吸鳥參數(shù)，評估鳥撞擊風扇葉片的綜合損傷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種航空發(fā)動機風扇吸鳥適航符合性驗證關鍵參數(shù)分析方法，能夠確定適航符合性驗證時采用的發(fā)動機最嚴酷吸鳥狀態(tài)，評估吸鳥后風扇葉片的損傷程度。

為實現(xiàn)上述目的，該發(fā)明可采用如下技術方案：

一種航空發(fā)動機風扇吸鳥適航符合性分析方法，包括以下步驟：

(1)、定義關鍵吸鳥參數(shù)CIP組合，該參數(shù)CIP組合決定了吸鳥適航驗證時的各項發(fā)動機工作及鳥撞輸入狀態(tài)，該參數(shù)組合包括：關鍵吸鳥參數(shù)包含鳥速V_B、撞擊葉身高度L_C和風扇轉速V_F，其參數(shù)組合為：CIP＝F(V_B，L_C，V_F)；

(2)、選取CIP條件下的鳥撞擊葉片結果參數(shù)組合，該鳥撞擊葉片結果參數(shù)組合包含以下參數(shù)：關鍵撞擊參數(shù)包括葉片前緣應力S_L、根部應力S_R、撞擊點位移D_I和葉尖相對位移D_T；

(3)、使用定義好的參數(shù)CIP組合建模并通過該建模得到鳥撞擊葉片結果參數(shù)結果，對其進行無量綱處理，得到無量綱化的鳥撞擊結果參數(shù)；

(4)、定義綜合關鍵撞擊參數(shù)SCIP組合，對無量綱鳥撞擊結果參數(shù)進行求和，得到各CIP狀態(tài)下SCIP的值大小并排序，當SCIP值最大時對應的CIP狀態(tài)，即為適航符合性驗證時發(fā)動機狀態(tài)及投射用鳥的輸入?yún)?shù)；同時此SCIP值最大時對應的CIP狀態(tài)輸入后的鳥撞擊風扇損傷效果將標志為最嚴酷。

有益效果：本發(fā)明航空發(fā)動機風扇吸鳥適航符合性驗證關鍵參數(shù)分析方法的關鍵在于提出了一種量化的航空發(fā)動機風扇葉片吸鳥損傷評估方法，通過定義正確的吸鳥狀態(tài)輸入?yún)?shù)，計算獲取鳥撞擊葉片的損傷響應，通過定義損傷響應參數(shù)的組合，評估鳥撞擊損傷的嚴酷程度，進而反推適航取證時應采用的發(fā)動機試驗狀態(tài)輸入。

進一步的，步驟(4)中，綜合關鍵撞擊參數(shù)SCIP組合包括：葉片前緣應力S_L、根部應力S_R、撞擊點位移D_I和葉尖相對位移D_T，設每次吸鳥試驗時的關鍵吸鳥CIP參數(shù)組合中，鳥速為V_Bi，撞擊弦長位置為L_Ci，風扇轉速為V_Fi，每次吸鳥撞擊共影響n個葉片，其中第j個葉片上，經(jīng)無量綱化后，葉片前緣撞擊點最大應力為S_Lji，葉根位置最大應力為S_Rji，葉片前緣撞擊點位移為D_Iji，葉尖位移為D_Tji，其中n為大于1的整數(shù)，j為在1～n范圍內(nèi)的整數(shù)；定義綜合關鍵撞擊參數(shù)：

進一步的，在步驟(3)中，使用三維繪圖軟件建立風扇模型，采用六面體單元對風扇葉片模型進行有限元網(wǎng)格劃分，使用定義好的CIP參數(shù)組合建立鳥體模型，并施加包括轉速、約束、接觸、阻尼的控制參數(shù)，保存為計算用文件，并進行隱式計算，得到鳥撞擊葉片結果參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中采用的有限元模型示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

本發(fā)明公開為一種航空發(fā)動機風扇吸鳥適航符合性驗證關鍵參數(shù)分析方法的分析實例，下面對采用本發(fā)明方法的詳細實施步驟進行敘述。

針對某型風扇吸入單只中鳥的工況進行評估，確定適航符合性驗證時的發(fā)動機工作狀態(tài)及試驗狀態(tài)。

(1)定義該風扇驗證條件下的關鍵吸鳥參數(shù)CIP(Critical Ingestion Parameters)組合，包含入射鳥速V_B，撞擊葉身高度L_C和風扇轉速V_F，其參數(shù)組合為：CIP＝F(V_B，L_C，V_F)。

(2)選取CIP條件下的鳥撞擊葉片結果參數(shù)組合，該參數(shù)組合包含以下參數(shù)：關鍵撞擊參數(shù)包括葉片前緣應力S_L、根部應力S_R、撞擊點位移D_I和葉尖相對位移D_T。

(3)使用三維繪圖軟件UG建立如圖1所示的有限元風扇模型，使用分網(wǎng)工具軟件HyperMesh，采用六面體單元對風扇葉片模型進行有限元網(wǎng)格劃分，將劃分好的網(wǎng)格文件導入有限元瞬態(tài)分析軟件LS-NYNA-Prepost處理器中，使用定義好的CIP參數(shù)組合，使用SPH粒子建立鳥體模型，并施加轉速、約束、接觸、阻尼等控制參數(shù)，保存為計算用K文件，在LS-DYNA求解器中進行隱式計算，得到鳥撞擊葉片結果參數(shù)結果，對其進行無量綱處理，得到無量綱化的鳥撞擊結果參數(shù)。

(4)定義綜合關鍵撞擊參數(shù)SCIP(Synthesized Critical Impact Parameters)組合，對無量綱鳥撞擊參數(shù)進行求和，得到各CIP狀態(tài)下SCIP的值大小并排序，如表1所示。其中，綜合關鍵撞擊參數(shù)SCIP組合包括：葉片前緣應力S_L、根部應力S_R、撞擊點位移D_I和葉尖相對位移D_T，設每次吸鳥試驗時的關鍵吸鳥CIP參數(shù)組合中，鳥速為V_Bi，撞擊弦長位置為L_Ci，風扇轉速為V_Fi，每次吸鳥撞擊共影響n個葉片，其中第j個葉片上，經(jīng)無量綱化后，葉片前緣撞擊點最大應力為S_Lji，葉根位置最大應力為S_Rji，葉片前緣撞擊點位移為D_Iji，葉尖位移為D_Tji，其中n為大于1的整數(shù)，j為在1～n范圍內(nèi)的整數(shù)；定義綜合關鍵撞擊參數(shù)：

當SCIP值最大時對應的CIP狀態(tài)，即為適航符合性驗證時發(fā)動機狀態(tài)及投射用鳥的輸入?yún)?shù)；同時此狀態(tài)輸入后的鳥撞擊風扇損傷效果將標志為最嚴酷。此例中，當關鍵吸鳥參數(shù)組合選取為CIP＝F(72，70％，100％)時，綜合關鍵撞擊參數(shù)SCIP取得最大值，風扇將遇到最為嚴酷的鳥撞損傷。

表1不同試驗關鍵吸鳥參數(shù)組合條件下的關鍵撞擊參數(shù)和綜合關鍵撞擊參數(shù)