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研究生:王偉鎮
研究生(外文):Wei-Chen Wang
論文名稱:引擎扇葉翼形對噪音減量之影響
論文名稱(外文):Aeroacoustic Reduction by Changing the Profile of the Engine Fans
指導教授:方俊方俊引用關係
指導教授(外文):Jiunn Fang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:航空工程所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:引擎風扇噪音自然頻率
外文關鍵詞:engine fansvibrationaeroacoustic
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隨著綠色環保意識的抬頭,航空噪音的問題逐漸受到重視,其中渦輪扇葉引擎之大型壓縮風扇運轉而衍生的噪音是航空噪音主要來源之一。扇葉構形的變化有助於噪音的減緩,但對空氣動力及結構振動卻有很大的影響,因此兼備高流量及低噪音的最佳化扇葉設計是一個有趣的研究主題。
本論文研究是參考美國奇異公司(GE)所設計製造之GE90引擎的扇葉,配合電腦輔助工程設計與分析方式探討引擎扇葉外形對流場及結構的影響。在前處理部份,由於Pro/Engineer提供了極為強大的參數式設計功能,並可配合執行FORTRAN等程式語言,因此本研究特利用Pro/Engineer來建構及修改扇葉的特徵。結構及流場的工程分析部份,則配合工業界採用ANSYS及Star-CD商業套裝軟體,以獲得共振頻率及噪音值。
研究方法是在不影響扇葉推力及工作頻寬的情況下,調整扇葉前緣的位置來降低噪音量。經過修改、計算及分析後,確定前掠葉尖的扇葉有助於降低噪音量,但當前掠角度太大時,非但無法降低噪音,風扇亦無法保持其推力。
In today’s society, because of environment protection principle raises up, aeroacoustic problem becomes more seriously than before. In addition, how to avoid the annoying noise, that from the contact between large compression blades and air, is a good topic to discuss too. The change of blade’s characteristic also affects the vibration of structure and the aerodynamics. Thus, it is an interesting research topic to know how to optimize the design of large compression blade’s acoustic. However, it takes lots of time and money to design airplane’s engine and industry blade’s leaf. It is because we use CAD/CAM to produce and CNC to manufacture. Moreover, we will do serial tests after constructing them together.
CAD/CAM/CAE integrates design and manufacture. This research is using computer aided engineering mode to discuss how does the shape of engine’s blade effect convection and vibration of structure. Refer to GE90’s engine blade, that designed by American’s company GE, we use Pro/E to construct blade’s shape. By reading some documents, we modify some parts of the blade’s shape such as the angle and radian. Pro/E not only has powerful parameter design feature, but also be able to pair with FORTRAN and other computer languages. In this research, we design the model, grid generation and Pre-processing under Pro/E’s environment. Therefore, we can move the characteristics of blade very easily and it can save a lot of human resources.
Pairing with the most widely used industry software ANSYS to analyze the vibration of structure, and Star-CD to calculate and find the aeroacoustics source. We expect the changing of shape can lower down the noise, and do not affect the blade structure to satisfy high flow rate and low noise for airplane engine and industry blade need. After modifying, calculating and analyzing, we can confirm when we attach the forward-swept in the front of the blade leafs, it is able to cut down noise. However, there is a condition. If the angle of the forward-swept is too wide, it will not be able to reduce noise and even the blade is not able to work.
誌謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
第1章、 緒論 1
第1.1節 研究動機 1
第1.2節 文獻回顧 1
第1.3節 研究方法 3
第1.4節 組織與章節 3
第2章、 基礎理論 5
第2.1節 航空噪音(AEROACOUSTIC)分析 5
第2.2節 振動學 6
第2.2.1節 靜態頻率分析(Modal Analysis) 7
第2.2.2節 動態頻率分析(Dynamic Analysis) 7
第2.2.3節 旋轉軟化效應 8
第2.2.4節 應力強化剛性 9
第2.2.5節 層板型複合材料扇葉結構振動與模態之分析 10
第2.3節 有限元素法及網格 11
第2.3.1節 有限元素法基本原理 11
第2.3.2節 元素種類 12
第2.3.3節 結構性網格與非結構性網格 12
第3章、 扇葉設計 14
第3.1節 扇葉設計 14
第3.1.1節 原始葉片模型建構 14
第3.1.2節 葉片參數化 14
第3.1.3節 繪製新型風扇 15
第4章、 聲音及振動頻率分析 17
第4.1節 噪音分析 17
第4.1.1節 Star-CD網格之建構 18
第4.1.2節 邊界條件之設定 19
第4.2節 振動頻率分析 20
第4.2.1節 ANSYS網格之建構 20
第4.2.2節 邊界條件之設定 21
第5章、 結果與討論 22
第5.1節 流場噪音分析 22
第5.1.1節 流場壓力分布 22
第5.1.2節 噪音源分布情況 23
第5.2節 結構振動分析 24
第6章、 結論與未來工作 26
第6.1節 結論 26
第6.2節 未來工作 26
參考文獻 28
附錄 32
附錄1 PRO/E扇葉剖面輸入規格 33
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