[发明专利]航空发动机风扇转子叶片鸟撞试验参数确定方法

说明书

本申请属于航空发动机鸟撞试验技术领域，具体涉及一种航空发动机风扇转子叶片鸟撞试验参数确定方法。所述方法包括首先建立风扇转子叶片鸟撞试验的叶栅切割模型，确定叶片的损伤模式，之后确定垂直于前缘叶型切线方向的速度分量VC，最后确定在各飞行阶段下的不同损伤模式下的速度分量VC的最大值及该最大值下对应的风扇转子叶片鸟撞试验参数，本申请根据叶片的损伤模式及速度分量VC的最大值，简化了试验过程，同时采用本发明技术可以获得鸟撞参数的影响规律曲线，从而确定每种评估状态对应的具体参数，所考虑的参数范围更全面更合理。

技术领域

本申请属于航空发动机鸟撞试验技术领域，特别涉及一种航空发动机风扇转子叶片鸟撞试验参数确定方法。

背景技术

航空发动机鸟撞一直是严重危害飞机飞行安全的重大事故，航空发动机鸟撞后，飞鸟会首先撞击到发动机进口的风扇转子叶片，导致叶片产生凹陷、变形、撕裂裂纹、掉块甚至断裂，并造成一系列的二次损伤，引起叶片气动性能下降，发动机推力降低，损伤发动机，发动机熄火，断裂叶片甚至击穿机匣飞出，直接危害乘客安全，发生机毁人亡，产生巨大的经济损失。随着发动机研制技术的提升，先进发动机风扇转子叶片朝着高效率薄厚度、整体叶盘发展，叶片的抗鸟撞击能力减弱，鸟撞后带来的维修成本增加，同时军民用航空事业的发展、环保力度的增加，导致飞机飞行次数、时数和鸟的数量越来越多，航空发动机鸟撞的概率和次数也大幅增加，为了保证飞行安全和经济性，在发动机设计阶段开展风扇转子叶片抗鸟撞击能力设计与评估成为现代发动机设计中的一项极其重要内容。

在航空发动机抗鸟撞击能力设计与评估中，最基础工作之一就是确定设计评估状态和参数，目前确定方法就是完全依据GJB241A-2010和CCAR-33R2条款的要求，例如按照GJB241A-2010中3.8.6.1条要求，评估状态和参数包括：鸟速等于飞机起飞速度，发动机转速为最大状态转速；鸟速等于3000m高度内起飞巡航速度，发动机转速为巡航规定速度；鸟速等于1500m高度内飞机下滑速度，发动机转速为下滑规定转速；鸟速等于2500m高度内飞机最大极限飞行速度，发动机转速为最大状态转速或最大连续状态转速，两者以损伤最大者为主。小鸟撞击位置为无规则的散布在进口面积上，中大鸟应对准发动机正面关键部位。

现有技术中，没有考虑具体航空发动机的工作环境、工作状态和风扇转子叶片的结构特征，特别对于先进发动机，相对于以往的发动机使用特点和风扇叶片结构都发生巨大改变，完全按照规范要求确定评估状态和参数的方法不能完全满足实际发动机情况。另外在实际确定参数时，这些定性规定的参数为一个较大区间数值，比如起飞速度可能为50m/s～150m/s，因此需要一种能够在一定范围内确定最苛刻情况时参数的方法，同时撞击位置都是定性规定，在实际确定过程中必须进一步明确。适航要求中规定了4个评估状态，评估状态较多，评估和验证周期和经济成本较大。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种航空发动机风扇转子叶片鸟撞试验参数确定方法，包括：

建立风扇转子叶片鸟撞试验的叶栅切割模型，确定飞鸟相对于发动机叶片的相对速度VS、所述相对速度VS与发动机轴线的夹角α、叶栅的前缘叶型角θ之间及相互之间的关系，其中所述相对速度VS由飞鸟相对于发动机轴线的相对速度V1飞鸟撞击在叶片的撞击位置半径R处的切线速度V2所确定；

根据所述夹角α及前缘叶型角θ确定叶片的损伤模式，所述损伤模式包括当夹角α大于前缘叶型角θ时为叶片盆侧撞击损伤模式，当夹角α小于前缘叶型角θ时为叶片背侧撞击损伤模式；

根据所述叶栅切割模型确定所述相对速度VS的垂直于前缘叶型切线方向的速度分量VC；

确定包含适航条例所规定的各飞行阶段下的发动机转速及飞行速度，确定在各飞行阶段下的叶片盆侧撞击损伤模式及叶片背侧撞击损伤模式时，速度分量VC的最大值；以及

根据所述速度分量VC的最大值，确定叶片盆侧撞击损伤模式下的发动机转速、撞击位置半径R及飞鸟速度，及叶片背侧撞击损伤模式下的发动机转速、撞击位置半径R及飞鸟速度。