一种风扇叶片的鸟撞设计方法与流程

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种风扇叶片的鸟撞设计方法。

背景技术：

现有航空发动机风扇叶片工作中若遇鸟撞或异物冲撞容易断裂，风扇叶片的断裂位置无法预测和控制，且断裂后的碎片包含巨大动能，安全隐患极大，这对飞机的飞行时极其不利的。

因此，如何提供一种风扇叶片的鸟撞设计方法可以解决现有技术中风扇叶片受到撞击容易断裂且断裂位置不能预测是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种风扇叶片的鸟撞设计方法，能够解决现有技术中风扇叶片受到撞击容易断裂且断裂位置不能预测的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种风扇叶片的鸟撞设计方法，包括以下步骤：

1)、初步设计带有基于球单元的亚表面细网结构设计的叶片，并对叶片进行鸟撞模拟试验；

2)、对鸟撞模拟实验后的叶片断裂情况进行分析，将叶片划分为非断裂区和断裂区，对所述断裂区进行优化设计；

所述对所述断裂区进行优化设计之后，重复步骤1)，并判断进行鸟撞模拟实验后的叶片是否符合结构强度和鸟撞设计要求，若叶片的结构强度和鸟撞设计不符合要求，重复步骤2)，直到叶片的结构强度和鸟撞设计符合要求，叶片设计结束。

进一步的，所述断裂区包括易断裂区和非易断裂区。

进一步的，所述对所述断裂区进行优化设计包括对所述易断裂区和所述非易断裂区分别进行基于球单元的亚表面细网结构的优化设计。

进一步的，所述对所述非易断裂区的优化设计包括错位吸能设计和破裂吸能设计。

进一步的，对所述易断裂区的优化设计包括错位吸能设计、破裂吸能设计及断裂预设。

进一步的，所述断裂预设包括所述易断裂区的细网结构采用梯度材料、减小细网结构单元的密度及减小细网结构总体和/或部分细网结构的厚度。

进一步的，所述错位吸能设计和破裂吸能设计均包括改变细网机构单元之间的连接方式为静摩擦，及削弱细网结构单元之间的连接强度。

进一步的，所述易断裂区设有多道沟道。

进一步的，所述对基于球单元的亚表面细网结构设计的叶片进行鸟撞模拟试验包括采用不同的载荷对叶片进行撞击。

有益效果：

本发明提供了一种风扇叶片的鸟撞设计方法，通过对叶片进行亚表面细网结构设计，使得风扇叶片在鸟撞或异物冲撞时的弹性变形得到控制，达到了内部结构错位吸收能量和破裂吸收能量的效果，最大程度实现叶片大变形却不断裂；即使叶片断裂，也能通过该设计方法控制断裂位置和走向，做到风险可控，最大程度增加风扇叶片的安全性。通过内部设计可实现鸟撞时叶片断裂的有效控制和预测，提高航空发动机工作安全性。

附图说明

图1是本发明提供的风扇叶片的鸟撞设计方法的流程图；

图2是本发明提供的风扇叶片的鸟撞设计方法的对断裂区优化的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种风扇叶片的鸟撞设计方法，如图1和图2所示，通过对叶片进行亚表面细网结构设计，使得风扇叶片在鸟撞或异物冲撞时的弹性变形得到控制，达到了内部结构错位吸收能量和破裂吸收能量，最大程度实现叶片大变形却不断裂；即使叶片断裂，也能通过该设计方法控制断裂位置和走向，做到风险可控，最大程度增加风扇叶片的安全性。通过内部设计可实现鸟撞时叶片断裂的有效控制和预测，提高航空发动机工作安全性。该风扇叶片的鸟撞设计方法包括以下步骤：

1)、对基于球单元的亚表面细网结构设计的叶片进行鸟撞模拟试验；

2)、对鸟撞模拟实验后的叶片断裂情况进行分析，将叶片划分为非断裂区和断裂区，对所述断裂区进行优化设计；

所述对所述断裂区进行优化之后，重复步骤1)，并判断进行鸟撞模拟实验后的叶片是否符合结构强度和鸟撞设计要求，若叶片的结构强度和鸟撞设计符合要求，叶片设计结束，若叶片的结构强度和鸟撞设计不符合要求，重复步骤2)，直到叶片的结构强度和鸟撞设计符合要求，叶片设计结束。

其中，所述断裂区包括易断裂区和非易断裂区。所述对所述断裂区进行优化包括对所述易断裂区和所述非易断裂区分别进行基于球单元的亚表面细网结构的优化设计。

如图2所示，所述对所述非易断裂区的优化设计包括错位吸能设计和破裂吸能设计；对所述易断裂区的优化设计包括错位吸能设计、破裂吸能设计及断裂预设。

其中，所述错位吸能设计和破裂吸能设计均包括改变细网结构单元之间的连接方式为静摩擦，及削弱细网结构单元之间的连接强度，让部分非关键位置的球单元在鸟撞时互相不固定，为细网结构单元之间滑移提供自由度。需要指出的是，细网机构单元即为球单元。需要注意的是，非关键位置指的是不需要进行优化设计的区域。

上述单元球之间的连接方式包括球单元采用相切和相离的方式排布，当非断裂区内的球单元采用相切的方式进行排布时，载荷撞击叶片，使叶片亚表面细网结构的球单元之间产生滑移，球单元通过滑移产生摩擦吸收载荷撞击叶片的能量，达到错位吸能的目的；当非易断裂区内的球单元采用相离的方式进行排布，同时，在该区域内的球单元中设置多个强度较低的球单元，其中强度较高的球单元设置于强度较弱的球单元周围，当载荷撞击叶片时，叶片亚表面细网结构内的强度较弱的球单元发生破裂，进而强度较高的球单元受到外部载荷的挤压进入破裂的强度较弱的球单元内部，形成凹凸互锁，以吸收载荷撞击叶片的能量，增强结构抗拉伸性能，达到了破裂吸能的目的，需要指出的是凹凸互锁指的是部分细网结构单元(球单元)半破裂后内凹，与之接触的外凸细网结构单元落入凹陷区，从而自锁。本实施例对叶片的非易断裂区采用上述两种方式对载荷产生的能量进行吸收，可以最大程度实现叶片表面大变形，从而避免断裂的情况发生，使叶片的非易断裂区符合强度要求和鸟撞设计要求。

上述断裂预设包括易断裂区的细网结构采用梯度材料、减小断裂区的细网结构单元的密度及减小断裂区的细网结构总体和/或部分细网结构的厚度。在对叶片进行鸟撞设计时，叶片部分位置在受到载荷撞击而叶片断裂不可避免时，本实施例采用对该断裂区进行断裂预设设计。易断裂区的细网结构采用梯度材料制造而成，需要指出的是梯度材料为一种集多种组分于一体的材质，其物理、化学和结构等单一或综合性能都呈连续变化，实现某一特殊功能；在叶片预先设定的断裂处，减小球单元在该位置的分布密度及减小球单元排布的厚度。此外，所述易断裂区设有多道沟道，以实现对叶片的表面进行断裂预设。本实施例通过对叶片的亚表面细网结构及叶片的表面均进行断裂预设设计，达到了在特定位置处形成叶片的薄弱点，实现了对叶片断裂位置和走向的控制，做到风险可控，最大程度增加风扇叶片的安全性，同时，通过对叶片的亚表面细网结构的内部设计实现了鸟撞时叶片断裂的有效控制和预测，提高航空发动机工作安全性。

所述对基于球单元的亚表面细网结构设计的叶片进行鸟撞模拟试验之前，需要对叶片进行设计。所述对叶片进行设计包括根据气动外形设计要求，对叶片进行气动叶形设计，以保证叶片符合飞机航行的要求。所述对基于球单元的亚表面细网结构设计的叶片进行鸟撞模拟试验包括采用不同的载荷对叶片进行撞击，以保证叶片的鸟撞设计要求。

注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。