引导振动模拟用于涡轮

对于多个风扇刀片，每分钟旋转数千次，空气流动比声速快，准确地建模复杂的机器是航空工程师的艰巨挑战。

几乎所有的商业飞机使用涡轮发动机和全球90％的电力是由涡轮机产生的。在90年代初，世界领先的涡轮机制造商，美国的空军和美国航空航天局连同学术专家和软件公司形成来到指导财团解决涡轮机械机械的“大挑战”。现在在第六次迭代中，该计划的工作时间有效地切割了轮转速度从周到的时间到几天的时间增加了模拟的准确性。

“The GUIde Consortium funds pre-competitive research to meet the needs for the design methods of it’s members,” said Robert Kielb, director of the GUIde Consortium and professor of the practice of mechanical engineering and materials science at Duke University, which has served as the program’s leading institution since 2008. “For the past six years, we’ve focused on forced response of an embedded compressor, which dictates how interacting pressure waves force a turbojet’s fan blades to vibrate.”

这些振动都是安全性和成本问题。如果刀片太多振动，它们可能会随着时间的推移损坏并且需要昂贵的维护。或者更糟糕的是，他们可以打破并导致发动机失败。

涡喷工程公司都有自己的内部软件来设计新的引擎，但他们依靠由导财团进行研究，以确保他们的软件是准确的。他们还从ANSYS，一个软件公司在引导财团，与研究人员在组中工作，以测试购买包和程序，提高他们的产品。

在过去的一年中，杜克·赫格德（Shreyas Hegde）领导的Duke研究人员在Kielb的实验室中的博士学生，在Ansys生产的软件中解决了几个关键问题。

“该行业的模型通常做一个完整的360度分析，以弄清楚每排风扇刀片如何导致其邻居振动，”Hegde说。“我们试图帮助简化这些模拟，而不会在结果中失去任何准确性。”

甲涡轮喷气发动机风扇叶片由交替静止“定子”之间的行和转动“转子”。即使将大的发动机拥有多套的每一个，在设计阶段中所用的模拟通常仅建模一个转子夹在两个定子之间。

在一项研究中，Kielb，赫格德和他们的同事们看到添加另一个下游转子在模拟什么影响。他们发现，压力波通过系统窃喜往往反映这一阶段回来，影响风扇叶片的振动发现较早的引擎。

“这不是设计涡轮喷气毒企业公司的最佳新闻，因为模型变得更加复杂，更越来越难以解释结果，”Kielb说。“但如果您没有包含额外的转子，即使互动效果从那个转子的互动效果都会减少强制振动，可能会拒绝设计，以使其工作正常。或者相反可以发生，其中将转子添加到分析表明，振动幅度实际上会更高。“

模拟更容易完成，如果每个转子和定子有许多风扇叶片具有共同点。例如，如果上述含有风扇叶片编号44-33-44-公分母被11-它可以被简化成仅4-3-4，但仍是完全准确的描述的标准定子 - 转子 - 定子模拟。

在非统一模型中，其中一个数字略有关闭。在此示例中，风扇刀片的数量可能会改为44-33-48。甚至在试图模拟设计的性能时，甚至是行业侧的刺在行业方面的略微差异。

在最近的另一个调整到软件时，ANSYS使得可以完成这些非统一模型的缩短模拟，并转向Duke以检查他们的工作。

“我们组建了一个包括了所有你能想到的复杂整体360度模型，” Kielb说。“所产生的新的ANSYS软件的能力和局限的更准确的表示。”

该小组发现，在大多数情况下，ANSYS软件运作良好，但在某些情况下，它不能很好地工作，而且企业需要知道哪些情况是哪个。

ansys也是如此。该软件公司现在可以发现他们的方法问题并修复它们，这有助于整个涡轮机行业。

“指南联盟已经持续了二十年的大部分时间，它的横空出世，成为人人参与一个真正互惠互利的安排，”​​ Kielb说。

杜克大学

www.duke.edu.

- 编辑克里斯Vavra，制作编辑，控制工程，CFE媒体，cvavra@cfemedia.com。查看更多控制工程模拟案例。