本發(fā)明涉及航空技術(shù)領域，尤其涉及一種風扇葉片的鳥撞設計方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有航空發(fā)動機風扇葉片工作中若遇鳥撞或異物沖撞容易斷裂，風扇葉片的斷裂位置無法預測和控制，且斷裂后的碎片包含巨大動能，安全隱患極大，這對飛機的飛行時極其不利的。

因此，如何提供一種風扇葉片的鳥撞設計方法可以解決現(xiàn)有技術(shù)中風扇葉片受到撞擊容易斷裂且斷裂位置不能預測是本領域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種風扇葉片的鳥撞設計方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中風扇葉片受到撞擊容易斷裂且斷裂位置不能預測的技術(shù)問題。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種風扇葉片的鳥撞設計方法，包括以下步驟：

1)、初步設計帶有基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的葉片，并對葉片進行鳥撞模擬試驗；

2)、對鳥撞模擬實驗后的葉片斷裂情況進行分析，將葉片劃分為非斷裂區(qū)和斷裂區(qū)，對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化設計；

所述對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化設計之后，重復步驟1)，并判斷進行鳥撞模擬實驗后的葉片是否符合結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計要求，若葉片的結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計不符合要求，重復步驟2)，直到葉片的結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計符合要求，葉片設計結(jié)束。

進一步的，所述斷裂區(qū)包括易斷裂區(qū)和非易斷裂區(qū)。

進一步的，所述對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化設計包括對所述易斷裂區(qū)和所述非易斷裂區(qū)分別進行基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。

進一步的，所述對所述非易斷裂區(qū)的優(yōu)化設計包括錯位吸能設計和破裂吸能設計。

進一步的，對所述易斷裂區(qū)的優(yōu)化設計包括錯位吸能設計、破裂吸能設計及斷裂預設。

進一步的，所述斷裂預設包括所述易斷裂區(qū)的細網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料、減小細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元的密度及減小細網(wǎng)結(jié)構(gòu)總體和/或部分細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的厚度。

進一步的，所述錯位吸能設計和破裂吸能設計均包括改變細網(wǎng)機構(gòu)單元之間的連接方式為靜摩擦，及削弱細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接強度。

進一步的，所述易斷裂區(qū)設有多道溝道。

進一步的，所述對基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的葉片進行鳥撞模擬試驗包括采用不同的載荷對葉片進行撞擊。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種風扇葉片的鳥撞設計方法，通過對葉片進行亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計，使得風扇葉片在鳥撞或異物沖撞時的彈性變形得到控制，達到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯位吸收能量和破裂吸收能量的效果，最大程度實現(xiàn)葉片大變形卻不斷裂；即使葉片斷裂，也能通過該設計方法控制斷裂位置和走向，做到風險可控，最大程度增加風扇葉片的安全性。通過內(nèi)部設計可實現(xiàn)鳥撞時葉片斷裂的有效控制和預測，提高航空發(fā)動機工作安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的風扇葉片的鳥撞設計方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的風扇葉片的鳥撞設計方法的對斷裂區(qū)優(yōu)化的流程圖。

具體實施方式

為了使本領域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種風扇葉片的鳥撞設計方法，如圖1和圖2所示，通過對葉片進行亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計，使得風扇葉片在鳥撞或異物沖撞時的彈性變形得到控制，達到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯位吸收能量和破裂吸收能量，最大程度實現(xiàn)葉片大變形卻不斷裂；即使葉片斷裂，也能通過該設計方法控制斷裂位置和走向，做到風險可控，最大程度增加風扇葉片的安全性。通過內(nèi)部設計可實現(xiàn)鳥撞時葉片斷裂的有效控制和預測，提高航空發(fā)動機工作安全性。該風扇葉片的鳥撞設計方法包括以下步驟：

1)、對基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的葉片進行鳥撞模擬試驗；

2)、對鳥撞模擬實驗后的葉片斷裂情況進行分析，將葉片劃分為非斷裂區(qū)和斷裂區(qū)，對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化設計；

所述對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化之后，重復步驟1)，并判斷進行鳥撞模擬實驗后的葉片是否符合結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計要求，若葉片的結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計符合要求，葉片設計結(jié)束，若葉片的結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計不符合要求，重復步驟2)，直到葉片的結(jié)構(gòu)強度和鳥撞設計符合要求，葉片設計結(jié)束。

其中，所述斷裂區(qū)包括易斷裂區(qū)和非易斷裂區(qū)。所述對所述斷裂區(qū)進行優(yōu)化包括對所述易斷裂區(qū)和所述非易斷裂區(qū)分別進行基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。

如圖2所示，所述對所述非易斷裂區(qū)的優(yōu)化設計包括錯位吸能設計和破裂吸能設計；對所述易斷裂區(qū)的優(yōu)化設計包括錯位吸能設計、破裂吸能設計及斷裂預設。

其中，所述錯位吸能設計和破裂吸能設計均包括改變細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接方式為靜摩擦，及削弱細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間的連接強度，讓部分非關鍵位置的球單元在鳥撞時互相不固定，為細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元之間滑移提供自由度。需要指出的是，細網(wǎng)機構(gòu)單元即為球單元。需要注意的是，非關鍵位置指的是不需要進行優(yōu)化設計的區(qū)域。

上述單元球之間的連接方式包括球單元采用相切和相離的方式排布，當非斷裂區(qū)內(nèi)的球單元采用相切的方式進行排布時，載荷撞擊葉片，使葉片亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的球單元之間產(chǎn)生滑移，球單元通過滑移產(chǎn)生摩擦吸收載荷撞擊葉片的能量，達到錯位吸能的目的；當非易斷裂區(qū)內(nèi)的球單元采用相離的方式進行排布，同時，在該區(qū)域內(nèi)的球單元中設置多個強度較低的球單元，其中強度較高的球單元設置于強度較弱的球單元周圍，當載荷撞擊葉片時，葉片亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的強度較弱的球單元發(fā)生破裂，進而強度較高的球單元受到外部載荷的擠壓進入破裂的強度較弱的球單元內(nèi)部，形成凹凸互鎖，以吸收載荷撞擊葉片的能量，增強結(jié)構(gòu)抗拉伸性能，達到了破裂吸能的目的，需要指出的是凹凸互鎖指的是部分細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元(球單元)半破裂后內(nèi)凹，與之接觸的外凸細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元落入凹陷區(qū)，從而自鎖。本實施例對葉片的非易斷裂區(qū)采用上述兩種方式對載荷產(chǎn)生的能量進行吸收，可以最大程度實現(xiàn)葉片表面大變形，從而避免斷裂的情況發(fā)生，使葉片的非易斷裂區(qū)符合強度要求和鳥撞設計要求。

上述斷裂預設包括易斷裂區(qū)的細網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料、減小斷裂區(qū)的細網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元的密度及減小斷裂區(qū)的細網(wǎng)結(jié)構(gòu)總體和/或部分細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的厚度。在對葉片進行鳥撞設計時，葉片部分位置在受到載荷撞擊而葉片斷裂不可避免時，本實施例采用對該斷裂區(qū)進行斷裂預設設計。易斷裂區(qū)的細網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用梯度材料制造而成，需要指出的是梯度材料為一種集多種組分于一體的材質(zhì)，其物理、化學和結(jié)構(gòu)等單一或綜合性能都呈連續(xù)變化，實現(xiàn)某一特殊功能；在葉片預先設定的斷裂處，減小球單元在該位置的分布密度及減小球單元排布的厚度。此外，所述易斷裂區(qū)設有多道溝道，以實現(xiàn)對葉片的表面進行斷裂預設。本實施例通過對葉片的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)及葉片的表面均進行斷裂預設設計，達到了在特定位置處形成葉片的薄弱點，實現(xiàn)了對葉片斷裂位置和走向的控制，做到風險可控，最大程度增加風扇葉片的安全性，同時，通過對葉片的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設計實現(xiàn)了鳥撞時葉片斷裂的有效控制和預測，提高航空發(fā)動機工作安全性。

所述對基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的葉片進行鳥撞模擬試驗之前，需要對葉片進行設計。所述對葉片進行設計包括根據(jù)氣動外形設計要求，對葉片進行氣動葉形設計，以保證葉片符合飛機航行的要求。所述對基于球單元的亞表面細網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的葉片進行鳥撞模擬試驗包括采用不同的載荷對葉片進行撞擊，以保證葉片的鳥撞設計要求。

注意，以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施方式的限制，上述實施方式和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。