航空发动机压气机转子叶片强度计算及气流场模拟25页PPT

《航空发动机强度计算》的多媒体教学航空发动机强度计算课程是飞行器动力工程专业学生的专业必修课，以航空发动机的旋转零部件为其研究对象，着重分析了转子叶片的静强度和振动分析、轮盘的静强度分析及整机振动与平衡等方面的内容，希望学生通过本课程的学习，掌握零件或部件的工作条件、强度计算的基本理论与方法。

本课程以航空发动机结构、原理及机械振动、理论力学、弹性力学等课程为先修课程，具有显著的多学科交叉的特点。

采用传统的板书教学方法，学生难以对实际结构有形象的认识，教学过程枯燥，不利于学生深入理解力学模型的建立，导致教学效果不理想。

21世纪，人类跨入信息时代，多媒体技术蓬勃兴起，迅速发展，该技术已经在各个领域得到了广泛的应用。

多媒体进入教育领域之后，教学手段、教学方法、课堂教学结构以及教学理论都随之发生了变化。

因此，本人就关于航空发动机强度计算课程中如何更好地利用多媒体教学方法开展了思考，并提出了与传统教学相结合的建议。

一、多媒体教学之优势航空发动机强度计算作为专业必修课，从航空发动机中抽象出叶片、盘等结构，建立模型，开展结构的应力计算和强度分析，较为艰涩、枯燥，采用传统的板书教学模式，教师对于说明复杂的零部件结构和受载形式往往力不从心，此外，传统的教学方法还受到课堂板书时间、教学语言、课堂纪律等不利因素影响，从而影响学生听课的积极性，教学的进度和教学的质量。

与板书教学相比，教师使用多媒体课件时，学生往往会表现出较大的兴趣。

据有关调查统计，同样的内容，视听结合记忆效果比只凭看提高40%，多媒体教学正是实现视听结合的有效手段。

因此，在发动机强度计算的教学过程中，采取多媒体辅助教学可以达到提高教学效率、吸引学生专注度、加深学生理解力等积极的作用。

多媒体教学是指通过计算机把多媒体的符号、文字、公式、图像、声音、动画等各个要素按教学要求进行有机组合，并采用投影屏幕的形式显示出来，结合教师的讲解和引导达到合理教学过程的目的。

航空发动机压气机转子叶片强度计算及气流场模拟摘要压气机是为航空发动机提供需要压缩空气的关键部分，由转子和静子等组成，其中转子叶片是完成该功能的核心零件，在能量转换方面起着至关重要的作用。

叶片工作的环境比较恶劣，除了承受高转速下的气动力、离心力和高振动负荷外，还要承受热应力，所以在叶片设计之中，首先遇到的问题是叶片结构的强度问题，转子叶片强度的高低直接影响发动机的运行可靠性，叶片强度不足，可能会直接导致叶片的疲劳寿命不足，因此在强度设计中必须尽量增大强度，以提高叶片疲劳寿命和可靠性。

由进气道、转子、静子等组成的离心式压气机内部流动通道是非常复杂的，由于压气机是发动机的主要增压设备，其工作的好坏对发动机的性能有很大的影响。

随着现在的计算机和数字计算方法的大力发展，三维计算流体模拟软件越来越多的被运用到旋转机械的内部流场进行数值分析。

本文利用三维流体模拟软件ANSYS系列软件对压气机内部的气体流动性能进行模拟，得到一些特征截面的压力和速度分布情况。

关键字：转子叶片；强度计算；Fluent；轴流式压气机AbstractThe compressor is to provide compressed air for the needs of key parts of aero engine, the rotor and the stator, etc., wherein the rotor blades are core components to complete the function, plays a crucial role in the transformation of energy. The blade working environment is relatively poor, in addition to withstand high speed aerodynamics, centrifugal force and vibration in high load, to withstand greater thermal stress, so in the blade design, the first problem is the strength of the blade structure, the rotor blade strength directly affect the reliability of the engine, blade lack of strength, may directly lead to the fatigue life of the blade is insufficient, so the strength design must try to increase the strength, to improve the blade fatigue life and reliability.The internal flow passage of centrifugal compressor inlet, rotor and stator which is very complex, is mainly due to the high pressure equipment of the engine, has great impact on the performance of the quality of its work on the engine. With the development of computer and digital calculation method, 3D computational fluid simulation software has been applied to numerical analysis of internal flow field of rotating machines. In this paper, the fluid flow characteristics in the compressor are simulated by using a series of ANSYS software, and the pressure and velocity distributions of some characteristic sections are obtained.Keywords: rotor blade; strength calculation; Fluent; axial flow compressor目录1 引言 (1)1.1 课题介绍 (1)1.2 研究方法 (1)1.2.1 直接计算法 (1)1.2.2 有限元分析法 (2)2 转子叶片 (2)2.1 叶身结构 (3)2.2 榫头结构 (5)2.3 叶片截面的几何特征 (7)3 叶片强度计算 (10)3.1 叶片受力分析 (10)3.2 离心拉应力计算 (11)3.3 离心弯应力计算 (13)3.4 气流弯应力计算 (16)3.5 叶片热载荷 (19)3.6 榫头强度计算 (19)4 压气机内气流场的模拟 (22)4.1 Fluent软件介绍 (22)4.2 双向流固耦合 (22)4.3 模型建立 (24)4.3.1 实体模型的建立 (24)4.3.2 ICEM CFD网格划分 (28)4.3.3 相关条件的设置 (29)4.4 运行结果和分析 (30)4.4.1 速度计算和分析 (30)4.4.2 压力场计算和分析 (32)5 结束语 (34)【参考文献】 (35)致谢 (36)附录1 相关英文文献: (38)附录2英文文献中文译文: (53)1 引言1.1课题介绍压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，提供发动机工作时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的启动提供压缩空气[1]。