Динамическое поведение углепластиковой лопатки вентилятора турбореактивного двухконтурного двигателя с большой степенью двухконтурности при нестационарных аэродинамических нагрузках

Т. В. Буюкли, Ю. П. Федорченко, В. А. Шорстов

Аннотация


Исследовано динамическое поведение колеблющихся лопаток перспективного широкохордного вентилятора турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) с большой степенью двухконтурности под воздействием нестационарных аэродинамических нагрузок. Нестационарные аэродинамические силы возникают при обтекании рабочего колеса вентилятора, находящегося в воздухозаборнике при сильном боковом ветре. Данные нагрузки влияют на динамическое поведение лопаток вентилятора и могут привести к увеличению амплитуд колебаний лопаток и их напряжённости. Исследование динамического поведения колеблющихся лопаток проводится на базе трёхмерных газодинамических и конечно-элементных моделей высокого уровня. В газодинамической модели рассматривается нестационарное вязкое трёхмерное течение воздуха. В прочностной модели учитывается геометрическая нелинейность и анизотропия свойств композиционного материала. Для получения нестационарных аэродинамических нагрузок используется разработанный в ЦИАМ программный комплекс Cobra, основанный на методе С.К.Годунова. Для решения механической задачи применяется пакет конечно-элементного анализа ANSYS. В работе рассматриваются как вынужденные колебания лопатки при заданных постоянных циклических аэродинамических нагрузках, так и колебания с учётом взаимного влияния конструкции и потока (совместная задача) титановой и углепластиковой лопаток. Проведено сравнение полученных результатов. Показаны различия между результатами решения задачи о вынужденных колебаниях и совместной задачи для каждой из исследуемых лопаток, а также различия между результатами, полученными для лопаток одинаковой конфигурации, но сделанных из разных материалов.


Ключ. слова


Лопатка широкохордного вентилятора; воздухозаборник; нестационарные аэродинамические нагрузки; вынужденные колебания; взаимное влияние конструкции и потока; титановая лопатка; углепластиковая лопатка

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Vahdati M., Smith N., Zhao F. Influence of intake on fan blade flutter // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, GT 2014. V. 7B. doi.org/10.1115/gt2014-25859

2. Макаров В.Е., Андреев С.П., Шорстов В.А., Буюкли Т.В. Исследование условий возникновения автоколебаний в вентиляторе ТРДД для БСМС // Основные результаты научно-технической деятельности ЦИАМ (2009-2010). М.: ФГУП ЦИАМ, 2010. С. 285-289.

3. Макаров В.Е., Андреев С.П., Шорстов В.А., Буюкли Т.В., Федорченко Ю.П., Фролов В.Н. Оценка нестационарных нагрузок на лопатки вентилятора ТРДД для БСМС при стационарной неравномерности на входе в двигатель // Основные результаты научно-технической деятельности ЦИАМ (2009-2010). М.: ФГУП ЦИАМ, 2010. С. 289-293.

4. Шорстов В.А., Буюкли Т.В., Макаров В.Е., Андреев С.П. Аэроупругость лопаток вентилятора: 3D моделирование вынужденных колебаний и расчётная оценка условий возникновения автоколебаний в квази-3D постановке // Труды XII международного семинара «Супервычисления и математическое моделирование». Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2011. С. 113-114.

5. Tateishi A., Watanabe T., Takehiro Himeno, Chihiro Inoue. Multimode flutter analysis of transonic fan using FSI simulation // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. V. 7B. doi.org/10.1115/gt2014-26702

6. Yang H., Zheng Y. A fluid-structure coupling method for rotor blade unrunning design // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. V. 7B. doi.org/10.1115/gt2013-94653

7. Gan J., Im H., Espinal D., Alexis Lefebvre, Ge-Cheng Zha. Investigation of a compressor rotor non-synchronous vibration with and without fluid-structure interaction // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. V. 7B. doi.org/10.1115/gt2014-26478

8. Александров В.Г. Справочник по авиационным материалам. M.: Транспорт, 1972. 328 с.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-3-160-170

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533