航空发动机风扇叶尖径向间隙数值分析.pdf

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1、第27卷第4期燃气涡轮试验与研究Vo1．27．NO．42014年8月GasTurbineExperimentandResearchAug．，20147。、，K⋯>皋，、激、j必；蕞，0

2、黟避坛强舞t诛蝗_泌袋≥≥≯鼍疑∥“势，《搿蹇∥

3、t-k：《、。。≮强拜，，)，事；％*、、摘要：采用流一固一热耦合计算方法，综合考虑离心载荷、温度载荷和气动载荷影响，对某改型发动机的风扇转子和风扇机匣进行数值分析，获得了发动机三个典型状态点下，风扇转子和风扇机匣的压力、温度及结构变形分布；通过对风扇转子和风扇机匣两者变形的叠加，获得了风扇叶尖径向间隙分布。计算结果显示：该型发动机在原型机设计点和转速最

4、高状态下，风扇叶尖与风扇机匣内壁面发生碰磨；而在温度载荷最大状态下，风扇叶尖与风扇机匣内壁面始终存在间隙，这会影响到该状态点下的风扇效率，需在后续设计中予以考虑。关键词：航空发动机；风扇；叶尖间隙分析；流一固～热耦合；有限元法中图分类号：V23l_3文献标识码：A文章编号：1672—2620(2014)04—0007—05TipClearanceAnalysisofanEngineFanZHANGLi—hua(The31stResearchInstituteofCASIC，Beijing10074，China)Abstract：Usingthemethodoffluid-solid-h

5、eatinteractionandconsideringtheinfluenceofcentrifugalload，temperatureloadandpneumaticload，thetipclearancenumericalanalysisofanenginefanwasdone．Thefanflowfield，stressanddeformationoffanandcasingandthevariationrangeoffantipclearanceatthreetypicalstateswereattained．Andtipradialclearancedistribution

6、wasalsoobtainedbyoverlappingthedeformationofrotorandcasing．Thecomputationalresuhsshowthatatthestatesofdesignpointandthegreatestrotationalvelocitypoint，thebladetipmayrubupthecasingbutatthestateofthegreatesttempera-tureloadthereisclearancebetweenthebladetipandcasing．Thismayaffecttheefficiencyoffan

7、atthisstateanditneedstobeconsideredinthefollow-updesign．Keywords：aero-engine；fan；tipclearanceanalysis；fluid-solid-heatinteraction；finiteelementmethod1引言向间隙的最终确定还要考虑更多的影响因素，如机动载荷、加工装配误差等。发动机风扇叶尖径向间隙，因转子与机匣的变国内外关于发动机叶片径向间隙的研究很多。形响应不同，随发动机工作状态变化而变化。间隙岂兴明等，采用三维FEA方法，建立了包括涡轮过大会造成风扇效率和发动机循环效率降低，间隙盘、机匣

8、和叶片三个部分的高压涡轮叶顶间隙数学过小又可能产生严重碰磨，所以需要分析影响风扇模型，分别进行了相应部件在温度和机械负荷下的叶尖径向间隙的主要因素，并在设计中予以考虑。径向变形计算，得到了叶顶间隙随时间的变化量。一般情况下，风扇叶尖径向间隙由离心载荷决定，但郭淑芬等给出了涡轮叶盘和机匣的径向位移计算某型发动机改型后飞行马赫数提高、热负荷增大，所公式，并采用ANSYS有限元软件计算出了涡轮叶尖以综合考虑离心载荷、热载荷和气动载荷对风扇叶径向间隙的时间历程变化趋势。漆文凯等采用有尖径向间隙的影响，获得典型工作条件下的间隙变限元数值分析方法，分析了高压涡轮叶片、轮盘和机化情况，具有实际的工程

9、意义。当然，工程实际中径收稿日期：2013-12—10；修回日期：2014—05—04作者简介：张丽华(1978一)，女，山东潍坊人，工程师，主要从事航空发动机结构设计和强度分析工作。