2∕3层板结构空心风扇叶片设计与对比分析

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1、第39卷第2期2013年4月航空发动机AeroengineV01．39No．2Apr．20132／3层板结构空心风扇叶片设计与对比分析纪福森，丁拳，李惠莲(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)纪福森(1981)，男，硕士，工程师，从事航空发动机风扇和压气机结构设计工作。收稿日期：2012—04—23摘要：针对空心结构风扇叶片设计技术在航空发动机上的应用，分析了2／3层板空心叶片结构特点，提出了1种基于气动数据源的空心叶片结构设计方法，并以某风扇叶片为例开展了2种结构空心叶片设计，有限元对比分析结果表明：2

2、种结构空心叶片在静强度、振动特性方面各有优势，但2层板结构空心叶片可设计性更优，应用前景更好。关键词：空心风扇叶片；结构设计；有限元；航空发动机DesignandAnalysisofHollowWide-chordFanBladeW-thTwo—layersandThree—layersPlateJIFu—sen，DINGQuan，LIHui—lian(AVICShenyangEn画neDesignandResearchInstitute，Shenyan9110015，China)Abstract：Aimingatt

3、heinvestigationofthedesigntechniqueofhollowwide—chordfanbladeandtheapplicationfortheaeroengine，thecharacteristicofhollowwide—chordfanbladewithtwo—layersandthree—layersplatewasanalyzed，andthestructuredesignmethodofhollowwide-chordfanbladewasproposedbasedonaerody

4、namicdatasource．Thetwo-layersplateandthree-layersplatehollowbladewasdesigned．Thefiniteelementanalysisshowthattwokindsofhollowbladehaveadvantagesrespectivlyinstaticstrengthandvibrationcharacteristics．Thestructuredesignperformanceandtheapplicationforegroundforthe

5、two-layersplatehollowbladewillbebetterthanthatofthree—la．versplatehollowbladeandsolidblade．Keywords：hollowwide-chordfanblade；structuredesign；finiteelementanalysis；aeroengine0引言宽弦叶片具有增加发动机压气机喘振裕度、抗外物损伤、提高发动机推力、减少叶片数等优点。但是宽弦风扇叶片离心负荷增加，在满足可靠性要求的情况下，轮盘质量大幅增加，为此，RR、

6、PW等航空发动机公司，大力发展空心结构宽弦风扇叶片设计技术，：许成功应用于RB211—535E4、遄达800、PW4084等发动机上。针对该技术，国内研究机构对3层板结构空-C,Ⅱ-F片进行了大量研究，郝勇等以某空一C,Ⅱi-片为对象开展了结构设计，强度、振动特性分析，制造工艺以及疲劳试验等研究I。I。刚铁研究了加强筋数量、夹角、形状，叶片蒙皮与加强筋厚度比等结构设计参数，并进行了强度、振动特性及颤振分析口I。于洋研究了加强筋数量、加强筋与蒙皮厚度比、扩散连接区域与非扩散连接区域长度比、空心率对空，C,Ⅱi-片强度的

7、影响㈣。杨剑秋等定义和描述了空心风扇叶片几何特征的结构设计参数，并基于正交试验设计方法进行了结构优化设计分析HI。王营等研究了宽弦空心风扇叶片流固耦合作用下的叶片响应、疲劳剐。李冰等通过3维有限元模型研究了分析扭转速率、热成形模具下落速度、超塑成形目标应变速率、板材与模具之间的摩擦系数、芯板和面板的厚度比等参数对成形力的影响规律用。本文将进一步分析3层板空一ti,Df片结构设计，并研究2层板空心叶片结构设计方法。1结构设计参数分析根据使用要求，空心叶片可以设计成不同的空腔结构，但是空腔结构越复杂，制造成型越网难，工艺

8、稳定性越差．可靠性越难保证。国外在工程应用的3种典型空心叶片如图l所示，在给定的气动外型下，空心叶片设计的关键是空腔设计与-lJN强筋设计。空腔设计需考虑叶根实心区高度、叶尖实心区高度、空腔区叶盆叶背厚度。对于带珩架芯(3层板结构)、无芯(250航空发动机第39卷层板结构)空-已,DJ-片，因空心拓扑结构不同，对于加强筋设计略有差异，3层板结构