某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析侯甲栋，陈淑仙（中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川广汉６１８３０７）摘要：针对某型航空发动机，考虑到离心力和气动力共同作用的影响，对该型发动机风扇叶片进行了有限元建模和强度分析，其中对气动力的加载进行了适当的简化。计算结果表明，该型叶片具有较高的静强度储备；应力集中区域在风扇叶片叶盆靠近叶根的区域，是叶片的几何形状以及离心力和气动力共同作用的结果。关键词：航空发动机；宽弦；风扇叶片；气动力；强度分析中图分类

2、号：Ｖ２３１．９１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-００１０-０３StressAnalysisofWide-chordFanBladefromanAeroEngineＨＯＵＪｉａ-ｄｏｎｇ，ＣＨＥＮＳｈｕ-ｘｉａｎ（AviationEngineeringInstitute，CivilAviationFlightUniversityofChina，Guanghan６１８３０７，China）Abstract：Ｆｏｒａｔｙｐｅｏｆａｅｒｏ-ｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｎａｎａｌ

3、ｙｚｅｄｔｈｅｍｏｄｅｌｓｔｒｅｓｓｔｏｔｈｅｅｎｇｉｎｅｆａｎｂｌａｄｅｓｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅａｎｄａｅｒｏｄｙ－ｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｈａｓｂｅｅｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｆａｎｂｌａｄｅｈａｓｈｉｇｈｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｓｅｒｖｅ；ｒｅｇｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｆａｎｂｌａｄｅｎｅ

4、ａｒｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｏｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｎ－ｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ．Keywords：ａｅｒｏ-ｅｎｇｉｎｅ；ｗｉｄｅ-ｃｈｏｒｄ；ｆａｎｂｌａｄｅ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ引言就是三维实体模型分析法，它适用于复杂几何外形的叶片的应力分析，计算精度高，而且又能较好反应局部风扇叶片作为涡扇发动机转子的第一级叶片，承区域应力和变形情况。受着巨大的离心力和气动力，是最容易受到损伤的叶对风扇叶片进行强度分析，要

5、得到比较准确的分片。发动机叶片在设计阶段，需要对其强度进行分析，析结果，叶片的建模和载荷的确定都很重要。目前有判断其是否满足设计要求。有限元方法是目前对复杂关发动机风扇叶片强度分析的研究，大多只考虑离心形面结构进行强度分析比较成熟的一种方法，对风扇［２］载荷的影响，同时考虑离心载荷和气动载荷的比较叶片进行有限元分析，首先要确定叶片的力学模型。少。本文根据部分发动机的设计参数，考虑到离心载航空发动机的叶片，一般来说有四种力学模型可供选荷和气动载荷共同作用下，对某型涡扇发动机风扇叶择，即梁类模型、板类模型、空间壳元模型和三维实体［１］片进行强度分析。模型。汽轮机叶片强度计算多采用梁

6、类模型，小展弦比的叶片多采用板类模型，利用空间壳体单元模型分析航空发动机压气机叶片是比较合适的，因为压气１风扇叶片有限元建模机叶片较薄，并且这种方法得到了一定的运用。但随１．１有限元模型着计算精度的要求越来越高，这种方法也不能满足要某型发动机风扇叶片是三维设计的实心钛合金宽［１］求。弦风扇叶片，几何造型比较复杂。图１是利用ＵＧ软［３］为了获得较高的气动性能，现代航空发动机的叶件运用二维线条法绘制的该型叶片的几何模型。然片大多设计成复杂的形状，一般是既弯又扭的空间壳后将几何模型导入有限元分析软件ＡＮＳＹＳ中，建立叶体或者实体。从现有资料来看，目前最为广泛采用的片的有限元模型。对于

7、单元类型的选取，鉴于叶片是实收稿日期：２０１５－０１－１４基金项目：国家自然科学基金项目资助（５１３０６２０１）；中国民航飞行学院青年基金项目资助（Ｑ２０１２－４９）作者简介：侯甲栋（１９８４－），男，陕西蓝田人，讲师，主要研究方向为航空发动机结构强度与可靠性。２０１５年３月侯甲栋等：某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析・・１１心结构的特点，为了提高分析的精度，采用ＳＯＬＩＤ１８７片为宽弦叶片，振动水平比较低，故振动负荷不考虑，号１０节点四面体单元，对模型进行网格划分，最后得只计算主要的载荷离