沙粒在风扇中的飞行轨迹模拟与研究

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飞机起飞或降落时、尤其是反推力装置打开时涡扇发动机可能会吸入砂粒,砂粒进入核心机后可能会给发动机造成损伤。砂粒在通道内飞行时,受气动力的作用,而且几乎不可避免地要碰到发动机零件壁面。本文就砂粒在叶片通道中的飞行过程进行模拟。通过使用NUMECA计算软件,得到叶片通道的网格模型,将其中的气动参数导入数据库中。对数据库数据做了适当处理后,在VC++6.0平台上,编写面向对象计算程序,连接数据库数据,根据沙粒位置,在库中找出附近节点上的各气动参数,加权平均后用Stokes定律计算沙粒所受的气动力,加上压差,从而算出沙粒在下一时刻的位置,并初步运用了镜面碰撞模型,再确定是否发生碰撞,以及对碰撞后砂粒位置、速度计算等过程后,最终可以确定砂粒飞出了通道的部位。本文的研究表明:1、沙粒进入气流通道后,假设与气流存在相对速度,受到重力、沙粒表面压差阻力、粘性阻力作用。在未发生碰撞的前提下,粘性阻力在三者中起主要作用;2、发生碰撞后,由于碰撞后的速度反弹,沙粒轨迹发生巨大改变;3、通过沙粒群飞出气流通道的统计表明,大多数沙粒虽然在飞行过程中,与叶片、外机匣会发生碰撞;碰撞后,沙粒虽然有转向的趋势,但最终在离心力作用下飞入外涵道。
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