宽弦空心风扇转子叶片叶身结构设计参数分析

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1、2010歪奠36簟■1期V01．36No．1Feb，2010宽弦空心风扇转子叶片叶身结构设计参数分析于洋，张力。战鹏，郝燕平(沈阳发动机设计研究所。沈阳110015)于洋(1976)，男。硕士。工程师。从事航空发动机压气机结构设计工作。收稿日期：2009—08-111引言高推重比涡扇发动机设计的主要任务是综合考虑气动、质量、振动、噪声、结构完整性和可靠性以及制造成本等因素，择优选择设计方案，以最小的质量达到推力指标要求。宽弦空心风扇转子叶片的结构设计就是满足了这些要求的典型设计范例。从国内外研究现状可以看出

2、，国外在宽弦空心风扇叶片方面的研究起步早，并且在结构设计、制造和相关分析方面的水平很高，在研、在役及预研涡扇发动机均使用了摘要：对空心叶片模型型腔和加强筋结构设计参数进行了分析；考虑到制造工艺可行性，采用ANSYS有限元软件对空心叶片模型进行了建模及应力分析。分析结果表明，加强筋数量增加，或加强筋与蒙皮厚度比增大，或加强筋扩散连接区域与非连接区域长度比增大，对蒙皮最大应力值影响不大，但对加强筋最大应力值影响较大。关键词：空心风扇叶片；超塑成形／扩散焊(SPF／DB)；FEA；航空发动机AnalysisofD

3、esignParametersofWideChordHollowFanBladeStructureYUYang，ZHANGLi。ZHANPeng，HAOYah—ping(ShenyangAeroengineResearchInstitute，Shenyangl10015，China)Abstract：The如s劬parametersofchamberandstiffenerofhollowblademodelwereanalyzed．Consideringthefeasibilityofmanufactur

4、ingprocess，thesimulationandstressanalysisofthehollowblademodelweFepe咖袱dbytheANSYSSOj[iW02"E．Theresultshowsthattheinfluenceonthemaxim位mjskins￡ressislessandtheinfluenceonthemaximums￡自睁nerstressislargerwithincreasingstiffenerquantityorthicknessratioofstiffene

5、randskinorlengthratioofdiffusionbondingoleaandholt-diffusionbonding0leo．Keywords：hollowfanblade；SPF／DB；FEA；aeroengine宽弦空心风扇叶片；国内则在总体水平上落后于国外。本文对宽弦空心风扇叶片叶身的结构设计方法、强度分析方法进行研究。2SPF／DB宽弦空心风扇转子叶片结构与工艺特点2．1结构特点宽弦空心风扇转子叶片取消了凸肩，增加了弦的宽度。与实。U风扇转子叶片相比，叶栅通道面积加大，喘振裕度、级

6、效率提高。SPF／DB宽弦空心风扇转子叶片的叶身由3或4层钛合金板通过SPF／DB连接在一起；芯部是桁架式空心的结构，夕HC,q是2块厚壁蒙皮，蒙皮的厚度从根部沿叶高递减。空心结构处在叶片的上部，约占叶片的2／3，使风扇转子叶片的质量降低(如图l所示)，离心力减孑洋舞：宽弦空心风扇转子叶}皂叶身结栩设计叠数分析小。叶片的进气边和排气边为实心结构。通过进行详细的有限元分析评估，包括对所有可能的备选结构进行参数分析，设计了不同结构的空心风扇叶片，如图2所示。而宽弦空心风扇转子叶片内部加强筋的位置、数量、夹角，以

7、及叶片面板与芯板的厚度比例，是SPF／DB宽弦叶片设计与制造能否成功的关键之一。l，0I哪23412Sgj■J风扇直径／瑚m图1国外宽弦空心、实心风扇转子叶片的质量与风扇直径的关系—f=工=1=]=》—口=：二==工==’·—量暑三兰E三王三》—崔￡=目==E亡)誊'—日=Z===工=》—l(j王=]互=睁图2俄罗斯空心风扇叶片剖面2．2工艺特点SPF／DB工艺方法分为2板法、3板法和4板法。加工过程中的控制参数主要有温度、压力、时间压力一时间的关系以及表面条件等。SPF／DB空心叶片的生产过程如图3所示，

8、用3板法加工的样件如图4所示。本文选用SPF／DB结构形式作为进一步研究的对象，并且选择3层板式结构。图3SPF／DB空心叶片生产过程图4用3板法力u--r的样件3空心叶片结构设计参数强度3．1计算模型及载荷对于空心叶片，在设计上，除了叶片气动外形和叶片结构强度须满足设计条件外，叶片内部空腔的大小、形式以及空腔内部加强芯板的结构形式也须如此，因为都对叶片结构强度、振动以及叶片／轮盘榫联结构有较大影响。选取3层板S