航空发动机双层结构金属机匣的弹道试验

张帆; 曹振忠; 苗艳; 丛佩红; 柏松汉; 章定国

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210115

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

航空发动机双层结构金属机匣的弹道试验

结构、强度、振动 | 更新时间：2025-04-07

- 航空发动机双层结构金属机匣的弹道试验
- Ballistic test of double⁃layer metal casing of aero⁃engines
- 航空动力学报 2022年37卷第6期页码：1248-1259
- 作者机构：
  
  1.南京理工大学理学院，南京 210094
  2.中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所，沈阳 110015
- 作者简介：
  
  张帆（1990-），男，博士生，主要从事航空发动机机匣包容性问题的研究。
  章定国（1967-），男，教授、博士生导师，博士，主要研究领域为多体系统动力学与控制。E⁃mail：zhangdg419@mail.njust.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(11772158);中央高校基本科研业务费专项(30917011103)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210115
  中图分类号：
- 稿件说明：
移动端阅览
张帆, 曹振忠, 苗艳, 等. 航空发动机双层结构金属机匣的弹道试验[J]. 航空动力学报, 2022,37(6):1248-1259.

Fan ZHANG, Zhenzhong CAO, Yan MIAO, et al. Ballistic test of double⁃layer metal casing of aero⁃engines[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(6): 1248-1259.
张帆, 曹振忠, 苗艳, 等. 航空发动机双层结构金属机匣的弹道试验[J]. 航空动力学报, 2022,37(6):1248-1259. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210115.

Fan ZHANG, Zhenzhong CAO, Yan MIAO, et al. Ballistic test of double⁃layer metal casing of aero⁃engines[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(6): 1248-1259. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210115.

摘要

为研究航空发动机双层结构金属机匣在受叶片冲击时的包容性问题，利用滑膛炮试验系统对双层钛合金带不同间隙叠层靶板进行打靶弹道试验。通过28次有效的弹道试验发现：对比内层（迎弹面）、外层靶板厚度相同带间隙组合的试验结果，间隙越大靶板抗侵彻能力越差；对比不带间隙组合试验结果，内层较薄组合的抗侵彻能力强于内、外层厚度相同组合。采用商业有限元软件ANSYS/LS⁃DYNA对打靶试验进行了数值仿真，有限元仿真与试验结果吻合较好，并发现内层较薄组合的抗侵彻能力强于内层较厚组合，且两者均强于内、外层厚度相同组合；各个组合在没有间隙的情况下，弹道极限随叶片攻角增加而增加，但是速度曲线突增的攻角有所不同。无量纲靶厚决定了叶片冲击双层靶板的破坏模式。

Abstract

In order to study the containment of double⁃layer metal⁃structured casing of aero⁃engines under blade`s impact，the ballistic test of double⁃layer titanium alloy laminated target plates with different clearances was carried out by using a sliding⁃bore gun test system.The process of blade penetration into target plate was recorded by high⁃speed camera system，and the damaged targets were recovered.The penetration resistance and failure modes of different laminated target plates were studied.Through 28 effective ballistic tests，it was found that： compared with the test results of the combination with the same thickness of the inner （attack surface） and outer target plate，the larger gap indicated the worse anti⁃penetration ability of the target plate；compared with the test results of the combination without the gap，the anti⁃penetration ability of the combination with the thinner inner target plate was better than that of the combination with the same thickness of the inner and outer target plates.The ballistic test was simulated numerically by commercial finite element software ANSYS/LS⁃DYNA.The finite element simulation results were in good agreement with the test results.It was found that the anti⁃penetration ability of the combination with thinner inner target was stronger than that of the combination with thicker inner target，and both of them were stronger than that of the combination with the same thickness of inner and outer targets；in the case of no clearance，the ballistic limit increased with the increase of blade angle of attack，but the angle of attack of the sudden increase of velocity curve was different.The dimensionless target thickness determined the failure mode of the blade impacting the double⁃layer targets.

关键词

Keywords

references

何庆 . 航空发动机机匣包容性机理及数值仿真方法研究 [D]. 杭州 : 浙江大学 , 2012 .

HE Qing . Research on the mechanism and simulation methodology development for aeroengine casing/blade containment [D]. Hangzhou : Zhejiang University , 2012 . （in Chinese）

陈光 . 航空发动机结构设计分析 [M]. 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2006 .

陈光涛 . 几种典型机匣结构的包容性研究 [D]. 杭州 : 浙江大学 , 2014 .

CHEN Guangtao . Research on the containment of several kinds of typical casing structures [D]. Hangzhou : Zhejiang University , 2014 . （in Chinese）

张晓峰 . 航空发动机机匣包容性的试验研究与仿真计算 [D]. 杭州 : 浙江大学 , 2005 .

ZHANG Xiaofeng . Experiments and simulation of the blade containment in the aeroengines [D]. Hangzhou : Zhejiang University , 2005 . （in Chinese）

范志强 . 航空发动机机匣包容性理论和试验研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2006 .

FAN Zhiqiang . Theory and experimental study on aeroengine casing containment [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2006 . （in Chinese）

HE Q , XIE Z , XUAN H , et al . Ballistic testing and theoretical analysis for perforation mechanism of the fan casing and fragmentation of the released blade [J]. International Journal of Impact Engineering , 2016 , 91 : 80 ⁃ 93 .

宣海军 , 陆晓 , 洪伟荣 , 等 . 航空发动机机匣包容性研究综述 [J]. 航空动力学报 , 2010 , 25 （ 8 ）: 1860 ⁃ 1870 .

XUAN Haijun , LU Xiao , HONG Weirong , et al . Review of aero⁃engine case containment research [J]. Journal of Aerospace Power , 2010 , 25 （ 8 ）: 1860 ⁃ 1870 . （in Chinese）

段玥晨 , 章定国 , 陈思佳 , 等 . 航空发动机机匣包容性打靶试验与仿真研究 [J]. 计算机仿真 , 2014 , 31 （ 4 ）: 106 ⁃ 109 .

DUAN Yuechen , ZHANG Dingguo , CHEN Sijia , et al . Simulation and experimental study on aeroengine casing containment [J]. Computer Simulation , 2014 , 31 （ 4 ）: 106 ⁃ 109 . （in Chinese）

刘璐璐 . 二维三轴编织带缠绕碳纤维复合材料机匣包容性研究 [D]. 杭州 : 浙江大学 , 2014 .

LIU Lulu . Research on the containment of 2D carbon fiber triaxial braided tape wound composite casing [D]. Hangzhou : Zhejiang University , 2014 . （in Chinese）

钱伟长 . 穿甲力学 [M]. 北京 : 国防工业出版社 , 1984 .

ROSENBERG Z , DEKEL E . Terminal ballistics [M]. Berlin : Springer International Publishing , 2012 .

DENG Y , ZHANG W , CAO Z . Experimental investigation on the ballistic resistance of monolithic and multi⁃layered plates against ogival⁃nosed rigid projectiles impact [J]. Materials & Design , 2013 , 44 : 228 ⁃ 239 .

DENG Y , ZHANG W , CAO Z . Experimental investigation on the ballistic resistance of monolithic and multi⁃layered plates against hemispherical⁃nosed projectiles impact [J]. Materials & Design , 2012 , 41 : 266 ⁃ 281 .

DEY S , BØRVIK T , TENG X , et al . On the ballistic resistance of double⁃layered steel plates:an experimental and numerical investigation [J]. International Journal of Solids and Structures , 2007 , 44 （ 20 ）: 6701 ⁃ 6723 .

WOODWARD R L , CIMPOERU S J . A study of the perforation of aluminium laminate targets [J]. International Journal of Impact Engineering , 1998 , 21 （ 3 ）: 117 ⁃ 131 .

BORVIK T , FORRESTAL M J , HOPPERSTAD O S , et al . Perforation of AA5083⁃H116 aluminium plates with conical⁃nose steel projectiles‑calculations [J]. International Journal of Impact Engineering , 2009 , 36 （ 3 ）: 426 ⁃ 437 .

BEN⁃DOR G , DUBINSKY A , ELPERIN T . On the ballistic resistance of multi⁃layered targets with air gaps [J]. International Journal of Solids & Structures , 1998 , 35 （ 23 ）: 3097 ⁃ 3103 .

杨双林 . 双层金属机匣模拟包容性试验及数值分析 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2010 .

YANG Shuanglin . Simulated containment test and numerical simulation of double⁃layered metal casing [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2010 . （in Chinese）

李建华 , 刘杰 . WJ9发动机涡轮转子叶片包容性研究 [C]∥ 中国航空学会（直升机）第三届动力与传动学术讨论会论文集 . 北京 : 中国航空学会 , 2000 , 76 ⁃ 81 .

GUPTA N K , IQBAL M A , SEKHON G S . Effect of projectile nose shape,impact velocity and target thickness on the deformation behavior of layered plates [J]. International journal of impact engineering , 2008 , 35 （ 1 ）: 37 ⁃ 60 .

RECHT R F , IPSON T W . Ballistic perforation dynamics [J]. Journal of Applied Mechanics , 1963 , 30 （ 3 ）: 384 ⁃ 390 .

HALLQUIST J O . LS⁃DYNA theory manual [M]. Livermore,US : Livermore Software Technology Corporation , 2006 .

Livermore Software Technology Corporation . LS⁃DYNA Keyword User's Manual （Version 970） [M]. Livermore,US : Livermore Software Technology Corporation , 2003 .

时党勇 , 李裕春 , 张胜民 . 基于ANSYS/LS⁃DYNA 8 . 1进行显式动力分析 [M]. 北京 : 清华大学出版社 ,2005.

MOHAMMAD R ， TOHID M M , HASH EM B , et al . Dynamic plastic response of double⁃layered circular metallic plates due to localized impulsive loading [J]. Proceedings of the institution of mechanical engineers , 2019 , 233 （ 7 ）: 1449 ⁃ 1471 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

组合式弹性金属密封泄漏特性实验研究与结构优化

基于三维接触摩擦单元的套齿连接解析建模研究

考虑多源不确定性的复合材料风扇叶片高周疲劳失效概率评估

基于自适应MOMEDA滚动轴承故障特征提取方法

与发动机匹配的旁路式双喉道气动矢量喷管数值模拟研究