风扇叶片飞失显式动力学仿真网格与时间步长研究

徐 雪 ，李宏新 ，冯国全 ，3

（1.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015；2.中国航空发动机集团有限公司，北京 100097；3.辽宁省航空发动机冲击力学重点试验室，沈阳 110015）

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风扇叶片飞失（Fan Blade Out，FBO）后发动机动力学行为及其影响的设计技术是民用航空发动机安全性领域最关键的技术壁垒之一，是各适航体系都要求的重要试验[1-3]。近年来，随着显式动力学计算软件逐步成熟，凭借其对撞击、碰摩和断裂等典型高度瞬态、高度非线性物理过程的有效模拟，成为FBO 设计和仿真工作的重要方法[4]。

在该领域，Nicolas 等[5]开展了FBO 过程仿真与整机试验测试结果的对比分析，提出风扇转子和静子的模型简化方法；Robin[6]进行了整机FBO仿真分析中风扇转子叶尖严重碰摩的瞬态动力学行为计算，描述了叶尖碰摩的微观物理过程；Sinha[7-8]系统地发展了考虑碰摩的转子动力学行为计算理论，并给出了典型算例的仿真分析结果以及与整机试验数据的对比；马辉等[9]开展了旋转叶片-机匣系统碰摩动力学研究，提出转子盘、叶片和机匣碰摩系统的动力学简化分析方法；刘璐璐等[10]开展了缩比的FBO 整机模拟试验与仿真研究，获得安装结构的外传振动特点。由于显式动力学的算法特点，其网格尺度和时间步长设置在分析中具有关键作用，不仅影响计算精度和资源的需求，还直接影响计算的收敛性和物理过程时序，因此网格无关性和时间步长无关性研究对于瞬态显式动力学分析结果具有决定性影响，但是在以往的研究中对于这方面的分析较少。……