单叶片失谐整体叶盘响应分析

以某型发动机第一级整体叶盘试验件为基础,运用理论计算与试验相结合的方法研究了该整体叶盘在单叶片失谐情况下的响应,得到了失谐叶片与"正常"叶片的前两阶振动幅值和相位。理论与试验分析均表明,该整体叶盘当单个叶片失谐量在15%以内时,一阶附近在某些失谐量下失谐叶片的振动幅值比协调叶片的要大得多,而失谐量对整体叶盘的振动在二阶频率附近的振幅影响不大。

欠采样在航空发动机涡轮叶片频率测量中的应用

突破了奈奎斯特采样定理的要求(采样率必须大于输入信号频率2倍的限制),将欠采样法应用于航空发动机构件的高频测量。通过叶片固有特性分析和在叶片上粘贴加速传感器两种方法,对欠采样法进行了验证;并在此基础上采用非接触激光位移传感器,实现了欠采样条件下频率较高的某型发动机涡轮叶片频率的准确测量。结果表明,欠采样方法应用于试件的固有频率测量切实可行,且在航空发动机构件的高频测量中有较大应用价值。

基于真实机匣振动的受感部振动环境试验方法研究

针对航空发动机机载部件,通常是基于发动机转子基频来设计“随机+随机”振动考核试验目标谱。但随着航空发动机设计多样性及结构复杂程度的不断增大,发动机主要振动来源不再仅限于转子基频或倍频。通过分析发动机机匣上特定位置的振动信号,将原始振动环境信号进行处理,在振动台上进行振动再现,实现了将真实载荷作为振动考核试验控制谱的振动试验方案设计。研究所得方法为发动机机载受感部振动考核试验提供了设计思路。

基于单传感器测量的多模态叶片动应力场预测

针对叶片发生多模态共振时最大应力点在时域和空域分布不固定的问题,开展基于单传感器测量的多模态叶片动应力场预测方法研究。首先,推导叶片多模态耦合振动解析表达式,获得多模态振动特征;其次,通过有限元模态分析提取叶片模态频率、振型,确定各阶模态参与量;最后,开展振动台叶片多模态激励试验,采用激光位移传感器作为单传感器测点采集叶尖振动位移响应,从中解耦提取多模态振动参数,计算预测叶片全场动应力的时空变化规律,并采用四个应变片监测点作为参照,对比验证计算结果。结果表明:不同模态参与情况下,预测的叶根中点、边缘和叶身中心点动应变均与实测结果高度吻合,相对误差均小于9%,同时指出多模态叶片动应力场和最大应力点的变化规律,验证了方法的有效性。

基于叶端定时的转子叶片动应变重构不确定性量化

基于叶片非接触式动应变重构理论,开展动应变重构不确定性量化方法研究。基于方差合成定理建立重构叶片动应变不确定性量化分析模型;以模拟转子叶片为研究对象,开展旋转叶片叶端定时试验,利用周向傅里叶算法获取不同叶端定时传感器布局下的测点振幅,通过最大熵方法拟合振幅分布概率密度函数,确定叶端定时测振的不确定性参数;结合Kriging代理模型和试验共振频率数据对叶片有限元模型进行修正,获取关键测点位移-应变转换因子,并获取考虑共振转速以及测点位置不确定性的转换因子不确定性参数;获取重构动应变的均值、标准不确定度和包含区间,与应变片测量数据作对比。结果表明,除5号叶片A测点外,测量动应变均位于重构动应变的95%置信度下的包含区间内,且所有叶片的应变片测点动应变重构误差不超过15%。

基于响应传递比的转子叶片动应变重构

提出基于响应传递比的转子叶片动应变重构方法,从系统应变频响特性出发,在频域获得应变-应变响应传递比关于模态振型的解析表达式,建立叶片已知测点应变与不可测位置应变的映射关系;开展高速旋转叶片动应变测量实验,建立叶片有限元模型,并采用转子叶片前4阶固有频率的实验结果修正有限元模型;开展考虑转速影响的转子叶片模态分析,提取对应的应变模态振型,计算得到单模态振动下应变-应变响应传递比;综合应变响应传递比和实测动应变重构叶片不可测位置的动应变。实验结果表明:与应变片实测结果相比,基于响应传递比的转子叶片动应变重构结果相对误差小于10%。

基于三维激光扫描的涡轮叶片高温模态测试技术

提出了基于三维激光扫描技术的发动机涡轮叶片高温模态测试技术,实现了在最高900℃的高温环境下的涡轮叶片模态测试。设计了一套高温环境模拟装置,实现了不同温度环境的模拟,基于振动台基础激励技术和三维激光扫描技术,建立了不同温度环境下的涡轮叶片三维测试模型,获取了准确的模态振型、模态频率等参数,验证了方法的可行性。分析结果显示:温度升高会导致涡轮叶片固有频率下降,900℃较常温环境1阶频率下降约6%,叶尖振型因热应力产生轻微畸变。