案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成

幾何背景

航空發動機(aero-engine)是一種高度復雜和精密的熱力機械,作為飛機的心臟,不僅是飛機飛行的動力,也是促進航空事業發展的重要推動力,人類航空史上的每一次重要變革都與航空發動機的技術進步密不可分。 

經過百余年的發展,航空發動機已經發展成為可靠性極高的成熟產品,正在使用的航空發動機包括渦輪噴氣/渦輪風扇發動機、渦輪軸/渦輪螺旋槳發動機、沖壓式發動機和活塞式發動機等多種類型,不僅作為各種用途的軍民用飛機、無人機和巡航導彈動力,而且利用航空發動機派生發展的燃氣輪機還被廣泛用于地面發電、船用動力、移動電站、天然氣和石油管線泵站等領域。 

其中渦輪風扇發動機(Turbofan Engine),亦稱渦扇發動機或者內外函噴氣發動機。是一種燃氣渦輪式航空發動機,主要特點是其首級扇葉的面積大過渦輪噴氣發動機的首級扇葉很多,部分空氣經過的渦輪噴氣發動機稱為內涵道,經由內含的渦輪驅動首級增壓扇葉推動空氣經過的外側部分稱為外涵道,增壓扇葉同時具有螺旋槳和壓縮空氣的用途的作用,能將部分吸入的空氣通過噴氣發動機的外圍提供直接推力,內外涵共同產生推力。可同時具有渦輪螺旋槳與渦輪噴氣推進發動機的雙重推力供給。

本案例主要研究對象為渦輪風扇發動機外涵道,并通過陸面體網格生成云平臺cf-mesh模塊對外涵道進行網格生成。

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖1

圖1. 航空發動機幾何模型

項目挑戰


幾何部分難點及處理

1、 對鋒利邊緣做倒圓處理(如下圖標識)。

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖2

a)處理前                                      b)處理后

圖2. 幾何倒圓處理

2、合并小面及面夾角較小的相鄰面(如下圖標識)。

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖3

a)處理前                                      b)處理后

 圖3. 合并小面

3、對非關注部件的復雜幾何特征進行清理(如下):

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖4

a)處理前                                      b)處理后

 圖4. 復雜幾何特征處理

網格部分難點及處理


1、高加密區域的確定:

根據仿真分析要求,航空發動機葉片前緣為主要關注區域,固需要對相應部分網格單獨加密,此處加密等級為7(如圖4)。發動機頭部也需要單獨加密,此處加密等級設置為5(如圖5)。

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖5

圖5. 網格加密區域

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖6

 圖6. 網格加密區域

2、過渡性:

為提高體網格網格過渡性,設置圓柱體加密,其細化等級設置為3,面外延細化范圍設置為10;

案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖7

圖7. 網格過度區域

網格描述


幾何尺寸為等比例放大100倍,長度為370米,寬度為200米,高度為200米。

網格質量信息:最大非正交角度為70.58、歪斜率為3.12、最小單元體積為3.94e-05;網格數量2568827(單元數);網格類型:笛卡爾網格。

網格細節展示


案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖8
案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖9
案例解析|航空發動機笛卡爾網格生成的圖10

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