航空发动机多级叶盘-轴系统扭转耦合振动特性

针对多级叶盘转子结构,考虑多级叶片弯曲变形和轴扭转变形耦合作用,引入叶片离心刚化作用,建立了包含多叶片、2级叶盘和轴的耦合振动模型;应用哈密顿原理推导了多级叶盘-轴耦合振动微分方程组,通过数值积分方法得到了系统质量矩阵与刚度矩阵,进而求解出系统耦合模态;研究了叶盘固有频率、叶片长度、叶盘间距、叶片扭转角对振动特征的影响。研究结果表明:2级叶盘-轴系耦合振动包含3类耦合模态,各阶模态频率以叶盘固有频率为边界相互分离;叶片长度小于1 m时,耦合第1、2阶频率受轴半径的影响较大,叶片长度超过1 m后,耦合第1、2阶频率受叶片长度的影响较大;在系统转速为2 000 rad·s-1时,在不同叶盘间距下,耦合的3阶模态频率变化幅度分别降低5、3、7 Hz;转速-频率曲线存在明显的频率转向特征,叶片扭转角增加60°,转向区域提高500 rad·s-1;2级叶盘系统会产生不同于单级叶盘的耦合模态,短叶片与长叶片均会对耦合频率产生显著影响;叶片扭转角与叶盘间距的变化会使耦合区域移动,从而降低可能发生的危险共振。