一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法與流程

本發(fā)明涉及航空技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片工作中若遇鳥撞或異物沖撞容易斷裂，風(fēng)扇葉片的斷裂位置無法預(yù)測(cè)和控制，且斷裂后的碎片包含巨大動(dòng)能，安全隱患極大，這對(duì)飛機(jī)的飛行時(shí)極其不利的。

因此，如何提供一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法可以解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)扇葉片受到撞擊容易斷裂且斷裂位置不能預(yù)測(cè)是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)扇葉片受到撞擊容易斷裂且斷裂位置不能預(yù)測(cè)的技術(shù)問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)、初步設(shè)計(jì)帶有基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片，并對(duì)葉片進(jìn)行鳥撞模擬試驗(yàn)；

2)、對(duì)鳥撞模擬實(shí)驗(yàn)后的葉片斷裂情況進(jìn)行分析，將葉片劃分為非斷裂區(qū)和斷裂區(qū)，對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

所述對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，重復(fù)步驟1)，并判斷進(jìn)行鳥撞模擬實(shí)驗(yàn)后的葉片是否符合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)要求，若葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)不符合要求，重復(fù)步驟2)，直到葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)符合要求，葉片設(shè)計(jì)結(jié)束。

進(jìn)一步的，所述斷裂區(qū)包括易斷裂區(qū)和非易斷裂區(qū)。

進(jìn)一步的，所述對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)包括對(duì)所述易斷裂區(qū)和所述非易斷裂區(qū)分別進(jìn)行基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，所述對(duì)所述非易斷裂區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)和破裂吸能設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，對(duì)所述易斷裂區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)、破裂吸能設(shè)計(jì)及斷裂預(yù)設(shè)。

進(jìn)一步的，所述斷裂預(yù)設(shè)包括所述易斷裂區(qū)的細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料、減小細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元的密度及減小細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)總體和/或部分細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的厚度。

進(jìn)一步的，所述錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)和破裂吸能設(shè)計(jì)均包括改變細(xì)網(wǎng)機(jī)構(gòu)單元之間的連接方式為靜摩擦，及削弱細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，所述易斷裂區(qū)設(shè)有多道溝道。

進(jìn)一步的，所述對(duì)基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行鳥撞模擬試驗(yàn)包括采用不同的載荷對(duì)葉片進(jìn)行撞擊。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)葉片進(jìn)行亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得風(fēng)扇葉片在鳥撞或異物沖撞時(shí)的彈性變形得到控制，達(dá)到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)位吸收能量和破裂吸收能量的效果，最大程度實(shí)現(xiàn)葉片大變形卻不斷裂；即使葉片斷裂，也能通過該設(shè)計(jì)方法控制斷裂位置和走向，做到風(fēng)險(xiǎn)可控，最大程度增加風(fēng)扇葉片的安全性。通過內(nèi)部設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)鳥撞時(shí)葉片斷裂的有效控制和預(yù)測(cè)，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法的對(duì)斷裂區(qū)優(yōu)化的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法，如圖1和圖2所示，通過對(duì)葉片進(jìn)行亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得風(fēng)扇葉片在鳥撞或異物沖撞時(shí)的彈性變形得到控制，達(dá)到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)位吸收能量和破裂吸收能量，最大程度實(shí)現(xiàn)葉片大變形卻不斷裂；即使葉片斷裂，也能通過該設(shè)計(jì)方法控制斷裂位置和走向，做到風(fēng)險(xiǎn)可控，最大程度增加風(fēng)扇葉片的安全性。通過內(nèi)部設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)鳥撞時(shí)葉片斷裂的有效控制和預(yù)測(cè)，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全性。該風(fēng)扇葉片的鳥撞設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

1)、對(duì)基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行鳥撞模擬試驗(yàn)；

2)、對(duì)鳥撞模擬實(shí)驗(yàn)后的葉片斷裂情況進(jìn)行分析，將葉片劃分為非斷裂區(qū)和斷裂區(qū)，對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

所述對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化之后，重復(fù)步驟1)，并判斷進(jìn)行鳥撞模擬實(shí)驗(yàn)后的葉片是否符合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)要求，若葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)符合要求，葉片設(shè)計(jì)結(jié)束，若葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)不符合要求，重復(fù)步驟2)，直到葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鳥撞設(shè)計(jì)符合要求，葉片設(shè)計(jì)結(jié)束。

其中，所述斷裂區(qū)包括易斷裂區(qū)和非易斷裂區(qū)。所述對(duì)所述斷裂區(qū)進(jìn)行優(yōu)化包括對(duì)所述易斷裂區(qū)和所述非易斷裂區(qū)分別進(jìn)行基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

如圖2所示，所述對(duì)所述非易斷裂區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)和破裂吸能設(shè)計(jì)；對(duì)所述易斷裂區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)、破裂吸能設(shè)計(jì)及斷裂預(yù)設(shè)。

其中，所述錯(cuò)位吸能設(shè)計(jì)和破裂吸能設(shè)計(jì)均包括改變細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接方式為靜摩擦，及削弱細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接強(qiáng)度，讓部分非關(guān)鍵位置的球單元在鳥撞時(shí)互相不固定，為細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間滑移提供自由度。需要指出的是，細(xì)網(wǎng)機(jī)構(gòu)單元即為球單元。需要注意的是，非關(guān)鍵位置指的是不需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的區(qū)域。

上述單元球之間的連接方式包括球單元采用相切和相離的方式排布，當(dāng)非斷裂區(qū)內(nèi)的球單元采用相切的方式進(jìn)行排布時(shí)，載荷撞擊葉片，使葉片亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的球單元之間產(chǎn)生滑移，球單元通過滑移產(chǎn)生摩擦吸收載荷撞擊葉片的能量，達(dá)到錯(cuò)位吸能的目的；當(dāng)非易斷裂區(qū)內(nèi)的球單元采用相離的方式進(jìn)行排布，同時(shí)，在該區(qū)域內(nèi)的球單元中設(shè)置多個(gè)強(qiáng)度較低的球單元，其中強(qiáng)度較高的球單元設(shè)置于強(qiáng)度較弱的球單元周圍，當(dāng)載荷撞擊葉片時(shí)，葉片亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的強(qiáng)度較弱的球單元發(fā)生破裂，進(jìn)而強(qiáng)度較高的球單元受到外部載荷的擠壓進(jìn)入破裂的強(qiáng)度較弱的球單元內(nèi)部，形成凹凸互鎖，以吸收載荷撞擊葉片的能量，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗拉伸性能，達(dá)到了破裂吸能的目的，需要指出的是凹凸互鎖指的是部分細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元(球單元)半破裂后內(nèi)凹，與之接觸的外凸細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元落入凹陷區(qū)，從而自鎖。本實(shí)施例對(duì)葉片的非易斷裂區(qū)采用上述兩種方式對(duì)載荷產(chǎn)生的能量進(jìn)行吸收，可以最大程度實(shí)現(xiàn)葉片表面大變形，從而避免斷裂的情況發(fā)生，使葉片的非易斷裂區(qū)符合強(qiáng)度要求和鳥撞設(shè)計(jì)要求。

上述斷裂預(yù)設(shè)包括易斷裂區(qū)的細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料、減小斷裂區(qū)的細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元的密度及減小斷裂區(qū)的細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)總體和/或部分細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的厚度。在對(duì)葉片進(jìn)行鳥撞設(shè)計(jì)時(shí)，葉片部分位置在受到載荷撞擊而葉片斷裂不可避免時(shí)，本實(shí)施例采用對(duì)該斷裂區(qū)進(jìn)行斷裂預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)。易斷裂區(qū)的細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料制造而成，需要指出的是梯度材料為一種集多種組分于一體的材質(zhì)，其物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)等單一或綜合性能都呈連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)某一特殊功能；在葉片預(yù)先設(shè)定的斷裂處，減小球單元在該位置的分布密度及減小球單元排布的厚度。此外，所述易斷裂區(qū)設(shè)有多道溝道，以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的表面進(jìn)行斷裂預(yù)設(shè)。本實(shí)施例通過對(duì)葉片的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及葉片的表面均進(jìn)行斷裂預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)，達(dá)到了在特定位置處形成葉片的薄弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉片斷裂位置和走向的控制，做到風(fēng)險(xiǎn)可控，最大程度增加風(fēng)扇葉片的安全性，同時(shí)，通過對(duì)葉片的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了鳥撞時(shí)葉片斷裂的有效控制和預(yù)測(cè)，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全性。

所述對(duì)基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行鳥撞模擬試驗(yàn)之前，需要對(duì)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)。所述對(duì)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)包括根據(jù)氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)要求，對(duì)葉片進(jìn)行氣動(dòng)葉形設(shè)計(jì)，以保證葉片符合飛機(jī)航行的要求。所述對(duì)基于球單元的亞表面細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行鳥撞模擬試驗(yàn)包括采用不同的載荷對(duì)葉片進(jìn)行撞擊，以保證葉片的鳥撞設(shè)計(jì)要求。

注意，以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施方式的限制，上述實(shí)施方式和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。