某结构空心风扇叶片设计与分析

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1、第39卷第4期2013年8月航空发动机AeroengineV01．39No．4Aug．2013某结构空心风扇叶片设计与分析纪福森，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、压气机结构设计研究工作。收稿日期：2012-04-23摘要：针对宽弦空心风扇叶片技术在大涵道比航空发动机设计中的应用研究，以某型宽弦风扇叶片为对象，探索了无芯结构空心风扇叶片结构设计和快速强度分析方法。定义了无芯结构空心叶片的几何特征参数，提出了1种基于NXNastr'an快速强度分析方法，重点分析

2、了加强筋数量、宽度对空心叶片强度和刚度的影响，并分析了制造偏差对结构设计的影响。结果表明：无芯结构宽弦空心风扇叶片设计方法可以实现无芯结构空心叶片结构设计和快速强度分析。关键词：空心风扇叶片；结构设计；有限元分析；航空发动机DesignandAnalysisofHollowFanBladeStructureJIFu一蛇n，DINGQuan，LIHui—lian(AVICShenyangEngineDesignandResearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：Aimingattheapplica

3、tionofthedesigntechniqueofwidechordfanbladeonllighbypassratioaeroengine，takingafanbladeasexample，thestructuredesignmethodofhollowfanbladewithribWasexplored．Theinfluenceofthenumberandthewideofribonthestrengthandsti缶Iessofhollowbladewereanalyzedemphasizelyandtheinfluenceofthep

4、roductioninaccuracyOilthedesignresultwereanalyzed．TheresultshowthathollowfanbladewithribCanbedesignedquicklybythedesignandanalysismethodofhollowfan．Keywords：hollowfanblade；structuredesign；finiteelementanalysis；aeroengineo引言1无芯结构空心叶片结构设计参数定义宽弦叶片具有增加发动机压气机喘振裕度、抗外物损伤、提高发动机推力和减少

5、叶片数等优点，已在发动机上得到应用。但是，宽弦风扇叶片离心负荷增加，在满足可靠性要求的同时，轮盘质量大幅增加，若不采取减质设计技术，宽弦风扇叶片将很难应用于大涵道比发动机。为此，RR、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，先后开发了蜂窝结构、带珩架芯结构和无芯结构空心风扇叶片，蜂窝结构因减质效果与承载能力受限，已被带珩架芯和无芯结构空心风扇叶片所取代。国内研究人员对带珩架芯结构空心叶片进行了相关研究‘Ⅷ。本文以某型风扇叶片为例开展无芯结构空心叶片结构强度设计方法研究。无芯结构空心叶片结构参数如图1所示。图1空腔截面与空心结

6、构参数(1)空腔区叶盆、叶背板材厚度日。、岛，不同截面高度叶盆、叶背板材厚度不同，该结构参数决定了空腔大小，同时也决定了结构减质效果。(2)加强筋数量Ⅳ，该参数决定空心叶片的承载能力及抗外物损伤能力，需综合考虑弦长和制造工艺第4期纪福森等：某结构空心风扇叶片设计与分析43后确定。(3)加强筋宽度形。、形：、⋯⋯1V。，每个截面或者同一截面该数值均可不同，其与Ⅳ值相互作用。(4)各加强筋与叶盆、叶背夹角，本文令每个截面并且同一截面各加强筋与叶盆、叶背夹角为90。。(5)空腔顶部距叶尖距离￡。，该参数受叶尖最大厚度以及叶盆、叶背板材厚度影响。(6)

7、空腔底部距叶根距离L：，设计要求空腔底部应远离叶片一弯振动节线。(7)各特征部位转接圆角R，该值在结构允许的情况尽量给大。2无芯结构空心叶片设计分析空心叶片设计是气动、结构、强度、制造工艺一体化的设计。在给定气动叶型的基础上，如何快速进行空心叶片结构3维设计，并进行结构有限元强度评估一直是困扰空心叶片结构设计的难题，本文以UG3维软件及其高级空腔设计f拭、且、z．、z：确定二][加强筋设计(札E⋯，嘲定)燮堇翌卜静强度评估l否t是i蒿焉i]查特性计算百墨妻羹蓑耋景嚣；翼嘉i巨甄：t无芯结构空心叶片结构设-二一一一一。计方法和强度分析方法，B12

8、无芯结构空心叶片设计流程如图2所示，设设计流程计模型如图3所示。(d)有限元模型(r)强度与振动特性计算圈3某无芯结构空心风扇叶片设计模型2．1空腔设