基于流固耦合的压气机转子叶片非同步振动分析

压气机转子叶片非同步振动是近年来发现的一类新气动弹性问题,表现为叶片振动频率与转频不同步且具有锁频现象,严重影响航空发动机的可靠性和运行安全,目前对其产生机理并不完全清楚.为了深入研究压气机内不稳定流动与叶片非同步振动之间的耦合机制,基于时间推进的方法建立了多级压气机转子叶片全环的双向流固耦合模型,数值研究了刚性叶片与非同步振动柔性叶片的非定常流场、气流激励频率和结构响应特征,揭示了压气机转子叶片非同步振动的流固耦合机制.结果表明:近失速工况下,转子叶尖吸力面径向分离涡的周期性脱落及再附过程是导致叶尖压力剧烈波动的主要原因,其3倍谐波激励频率与转子一阶弯曲固有频率接近,提供了叶片非同步振动的初始气流激励源.叶片非同步振动发生时,位移响应表现为等幅值的极限环特征,振动以一阶弯曲模态主导,径向分离涡产生的非整数倍气流激励频率及其谐波频率最终锁定为叶片一阶弯曲固有频率,非同步振动的运动胁迫使得相邻通道叶尖流场周向趋于一致.研究成果及对叶片非同步振动流固耦合机制的认识可为压气机内部不稳定流动诱发的叶片振动失效分析提供有益参考.

叶尖定时在压气机转子叶片裂纹故障排除中的应用

介绍了基于叶尖定时的转子叶片振动非接触测试系统的基本原理。将叶尖定时技术成功应用在涡扇发动机压气机第6级转子叶片振动测试中,获取了全转速范围的叶片振动关键信息。测试结果表明,第6级转子叶片在转速10557 r/min时发生共振,通过单自由度和周向傅里叶算法获取叶片振动信息,包括振动频率和幅值。利用叶片有限元模型建立叶尖位移与叶片关键点应力的位移-应力换算系数,实现叶片关键位置动应力重构。结合古德曼曲线完成极限应力转换,明确共振不是导致叶片出现裂纹的原因。通过压气机逼喘试验,确定所有叶片异步振动迅速增加,幅值增长倍数高达233.33倍。综合压气机前期试验情况,认定喘振试验次数过多和喘振时异步振动急剧增加导致动应力过大是叶片产生裂纹的主要原因。

高压压气机转子叶片振动特性分析

基于ANSYS软件对某型航空发动机高压压气机第一级转子叶片的振动特性进行了分析研究,建立了叶片的三维有限元模型,采用分块Lanczos法,计算得到了叶片在发动机常用工况转速下的各阶自振频率、相应振型及振动应力分布,找出了应力较大的薄弱区域。最后考虑了高压压气机进口导流叶片后形成的气流尾迹对此级转子叶片的激振影响,得到该级转子叶片的共振图,结果证明该转子叶片在常用工况转速下,不会因为进口导流叶片后的气流尾迹引发共振。为叶片的后续结构分析、实验及振动排故提供了必要的数值依据。

压气机转子叶片掉块断裂分析

某型发动机外场服役中多次出现压气机转子叶片叶尖掉块断裂故障,通过掉块叶片表面形貌观察、断口分析、硬度检测、金相检验、多起失效件的类比分析以及叶片振动模态分析,对叶片掉块断裂原因进行了分析。结果表明:所有压气机转子叶片掉块断裂模式相同,均属振动疲劳断裂掉块;叶片在发动机工作转速范围内存在高阶复合振动点,引起叶片共振是导致其振动疲劳断裂掉块的主要原因;叶片与机匣摩擦导致叶尖局部过烧或形成摩擦热应力裂纹促进了疲劳裂纹的萌生。最后针对叶片掉块断裂原因提出了相应的解决措施。

发动机压气机转子叶片裂纹分析

对发动机压气机转子叶片试验件裂纹进行失效分析。通过对故障叶片进行外观检查、断口分析、表面形貌检查、截面金相检查、材质分析及断口区域成分分析,并对叶片振动应力分布进行计算,确定叶片裂纹性质和产生原因。结果表明:故障压气机转子叶片裂纹为高周疲劳性质,导致叶片过早出现疲劳裂纹的主要原因是叶身表面振动应力最大区域抛光、喷丸效果差,存在原始机械加工痕迹;最后提出避免叶身表面残留原始机械加工痕迹的改进建议。

某型发动机压气机转子叶片叶尖裂纹故障排除方案试验验证

针对某型发动机压气机转子叶片叶尖裂纹故障,制订了4种排故方案。进行了振动特性、应力分布测量及台架动频动应力测量对比试验,对各排故方案作出了评价,从而确定了最终的排故方案。试验表明4种排故方案均能有效降低振动应力,但方案4优于其它3种方案,能使振动应力水平降低60.6%,频率提高11.5%。

压气机转子叶片动频动应力测试技术和应用研究

通过对某型发动机第二级压气机转子叶片在整机上进行动频、动应力测量的应用实例 ,介绍了一种较为成熟的测量方法。该方法先通过电动振动台对叶片进行应力分布试验 ,确定了动测叶片的应变片粘贴位置 ,然后在试车台架上对试验叶片实测 ,根据应变片输出信号判断叶片的动频、动应力。试验结果表明 ,该技术具有实际应用价值 。

航空发动机压气机转子叶片频率转向特性研究

针对航空发动机压气机转子叶片的结构和工作特点,通过有限元方法对叶片进行模态分析,研究叶片的"频率转向"和"振型转换"现象,揭示了动频曲线转向趋势和振型耦合规律,并讨论了温度场对叶片“频率转向”特性的影响,分析叶片动频特性的详细变化规律,为叶片振动特性设计与考核提供了理论基础。

发动机Ⅰ级压气机转子叶片断裂分析

本文分析了某型发动机Ⅰ级压气机转子叶片断裂故障。叶片为低周疲劳断裂。叶片颤振裕度不大,在工作转速范围内产生颤振导致叶片承受较大的动应力是其疲劳断裂的主要原因。叶片表面的腐蚀坑是其疲劳断裂的另一促进因素。通过改用低展弦比的叶片,并增加叶片调频措施,提高了叶片的颤振裕度,避免了Ⅰ级压气机转子叶片的颤振疲劳断裂。

压气机转子叶片的磁粉检测

压气机转子叶片是航空发动机中的重要零部件,有铁磁性和非铁磁性两种材料。针对转子叶片的特殊形状,通过分析比较,选择磁轭法对铁磁性转子叶片进行磁粉检测。通过试验确定了合适的磁粉载液及磁悬液浓度等工艺参数,并详述了磁轭法磁粉检测的程序和要求,为解决这类零部件的检测问题提供了参考。

浅谈民航发动机快速更换高压压气机转子叶片的方法

更换民航发动机高压压气机的前面几级转子叶片,手册提供的常规方法周期较长。为了解决此问题,介绍了一种快速更换高压压气机转子叶片的方法,以及在更换转子叶片时遇到的问题与解决方案。与常规方法相比,该方法能够缩短维修周期,减少维修成本并且不会影响到发动机的重量、平衡、结构强度、发动机使用、飞行特性、噪声和其他适航性。

压气机转子叶片掉块失效机理分析

针对航空发动机压气机转子叶片在工作中发生的掉块故障,通过对故障叶片进行宏观检查、断口分析、叶尖端面检查、材质及有限元分析等工作,确定了压气机转子叶片掉块的性质和原因。结果表明:叶片掉块性质源于叶尖与加强筋之间前缘区域叶盆侧表面的疲劳裂纹,裂纹扩展并产生瞬时断裂,最终形成掉块。排除了叶片由外来物打伤及材质和冶金缺陷等异常因素造成掉块的可能性。掉块原因为故障叶片叶尖与机匣封严涂层之间存在较重的非均匀碰摩,在叶片进气边叶尖与加强筋之间区域产生应力集中,在振动应力和离心载荷的共同作用下,导致叶片萌生疲劳裂纹并扩展,进而形成掉块。为避免类似故障再次发生,建议适当加大转子叶片与机匣的径向间隙,并严格控制装配质量和机匣封严涂层尺寸。

压气机转子叶片所受激励的相关性

为了分析复杂流场对叶片的作用,研究了压气机内三种非定常气动激振形式:上游叶片排尾迹、进气畸变和旋转失速的相关性.通过在单级低速轴流压气机试验台上获得的数据,采用自相关和互相关方法,研究三种激励的特性,分析激振信号的相关性机理.结果表明:多次自相关可以清晰地显示出信号的特征频率,有效地抑制干扰噪声;激励信号之间具有很强的相关性,且相关程度主要由偶数阶激励信号产生;两两激励信号之间的互相关频率成分幅值较低,低于各信号的自谱图在该处的幅值;而三个激励信号之间的相关程度较低,其相关性主要存在于偶数阶激励信号的前两阶.

压气机一级转子叶片一扭振频的调整

介绍了对某预研核心机压气机一级转子叶片进行的振动分析、调频及频率分散度的控制方法,分析了调频前后的频率—转速特征,阐明了调频对叶片静强度的影响。从而为核心机高空台试验提供了重要的分析依据。

某发动机高压压气机Ⅳ级工作叶片裂纹故障相关计算分析

为了分析某发动机高压压气机Ⅳ级工作叶片叶尖掉角故障,采用ANSYS有限元软件对该级叶片进行了相对振动应力及振动特性计算分析。根据裂纹的起源部位,对比出现在该部位的最大振动应力值及共振裕度的大小,确定出可能导致叶尖出现裂纹的各阶频率。

航空压气机叶片前尾缘形状自动抛磨技术的应用研究

分析了航空压气机叶片前缘加工的现状,通过使用全自动抛磨技术,解决了前缘形状加工不稳定的问题,提高了加工质量,降低了生产成本。

基于叶尖定时的航空发动机压气机叶片振动测量

基于叶尖定时的转子叶片非接触振动测试系统的基本原理和数据分析方法,将非接触振动测量技术成功应用在某型涡扇发动机高压压气机一级转子叶片排故(改型)中,获取叶片共振时的振动频率和幅值,并通过有限元分析方法得到叶尖位移与关键点的位移-应力换算系数。依据反算的关键点动应力可实现(改型)前后转子叶片的高周疲劳寿命预测。某型涡扇发动机高压压气机一级转子叶片非接触振动测试结果显示:由于加工工艺原因导致原型叶片叶型厚度变大,引起叶片固有频率升高,转子叶片在发动机工作转速范围内发生3阶激励激起的一弯振动,导致叶片发生故障。改进加工工艺后,非接触振动测试系统结果显示叶片振动状态较好。

航空材料专家系列人物之二 赵振业

赵振业，1937年生人，金属材料科学家，北京航空材料研究院研究员，中国工程院院士。1961年西北工业大学金属学与热处理专业毕业后人北京航空材料研究院。50多年来，赵振业院士一直从事航空超高强度钢应用基础理论、合金设计和应用技术专业研究。研究成功中国第一个12％Cr型不锈钢GX-8，综合性能优于国外同类钢，1973年起用做发动机压气机转子叶片、盘，批量生产、服役至今无一故障，获国家发明四等奖；

浅谈航空发动机外来物损伤

外来物损伤航空器是全方位的,机头、机翼、安定面、舱门、轮胎等都有可能遭到外来物的损伤。但是,这些部位的损伤比较一目了然,容易判断,而航空器发动机外来物损伤具有隐蔽性,且一旦发生,若未检查出,后果不堪设想。

Ti811表面TC4激光熔覆层的β相变行为

参考航空发动机压气机转子叶片的维修手册,以Ti811 (Ti-8A1-1Mo-lV)钛合金为基板、TC4钛合金粉末为原料,采用同步送粉激光熔覆方法制备了激光熔覆层,并利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪等手段分析了熔覆层的显微组织和相变规律。结果表明:熔覆层微观组织呈典型的魏氏体组织或片层组织形貌特点;在激光熔覆的作用下,合金中的β相发生相变,分别生成了晶界α相、针状马氏体α'相、纳米有序相α_2(Ti_3Al)和残留的β相。在实际激光加工试验中应尽量避免魏氏体结构的出现。