航空发动机转子失谐叶片减振安装优化分析

安装航空发动机转子叶片时,由于制造误差使各叶片间存在失谐,不同的叶片安装方案影响叶片轮盘系统强迫振动响应的大小。通过叶片模态试验获得叶片失谐频差,进而获得叶片失谐参数,建立了失谐叶轮盘系统单个扇区两自由度集中参数动力学模型。基于遗传算法的全局优化和快速收敛性,利用改进的嵌套遗传算法给出某型航空发动机某级叶片轮盘系统叶片的最佳安装方案,按该方案安装叶片,可使发动机叶片轮盘系统强迫振动响应的最大幅值达到最小或处于较小的范围内。

失调对叶片-轮盘耦合系统振动影响的预测

叶片 -轮盘系统的周期对称性经常由于制造、材料 ,以及非均匀磨损和其它因素而被破坏 ,引起系统出现失调现象 ,表现为结构特性的微小变化可能导致叶片振幅和响应的急剧增大。而失调也导致此类周期对称性结构振动特性计算的复杂化。利用有限元通用程序和模态综合技术 ,建立失调叶片 -轮盘耦合系统三维有限元模型 ,对一个有 1 6个叶片的叶片 -轮盘耦合系统进行了振动特性计算分析 。

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构动态特性分析中的应用

在保证精度的条件下，为了提高航空发动机动态特性分析的计算效率，针对传统混合界面子结构模态综合法（Hybrid interface substructural component modal synthesis method, HISCMSM）综合后还可能存在计算量大的问题，提出一种改进的HISCMSM。该方法将综合后的模型进一步减缩，建立了叶片＋轮盘的组合结构的参数化模型，对各个子结构建立有限元模型（Finite element model, FEM）并综合求其模态和振型。与整体结构有限元法相比，计算时间缩短23.86%～35.74%，模态偏差不大于0.49%，而传统法，其计算时间缩短14.63%～29.20%，模态偏差不超过0.57%，可见，该方法计算效率比传统法有显著提高，尤其是在高价模态求解时，计算效率提高的更加明显，同时分析了谐调与失谐叶盘结构模态位移、模态应力和模态应变能的分布，发现叶盘结构失谐后其对称性被破坏，出现了局部化现象，且随着失谐幅值的增大，振动逐渐向少数叶片集中，局部化现象越来越明显，为下一步的动态响应以及概率分析奠定了基础。

失谐叶盘结构振动问题研究新进展

失谐叶盘结构的研究对航空发动机振动设计和提高其可靠性、完整性具有重要的意义。本文全面阐述了国内外失谐叶盘结构研究的新进展,重点对近年来研究的热点问题:建模、局部化、失谐优化与灵敏度、非线性、失谐识别、多重耦合与颤振等做了详细的评述与讨论,综合了最新的研究方法和取得的成果,对一些新出现的重要研究方向,比如科氏力、多个部件耦合等问题进行了详细的总结,最后提出了需要进一步研究的问题。

考虑叶片刚度随机错频时叶盘系统的强迫响应研究

考虑叶片刚度有一个微小的变化量,在变化量服从某一概率分布的情况下,研究了错频叶盘系统在给定激振力下的动态响应。采用Monte Carlo模拟方法研究了错频叶盘结构响应的鲁棒性。

失谐叶盘结构振动模态局部化研究

针对失谐叶盘结构振动特性和模态局部化特性,分别利用有限元法和子结构模态综合法进行分析。对具有12个叶片模拟叶盘结构的振动特性和振动模态局部化特性进行研究,包括失谐形式对模态局部化的影响和模态密度对失谐敏感性的影响,并利用应变能和模态局部化因子的概念对模态局部化现象进行定量描述。研究表明:子结构模态综合法能满足叶盘结构振动模态特性的计算精度要求,并能节省大量的计算时间;失谐形式和模态密度对模态局部化程度有显著影响。

带气膜孔的失谐整体叶盘的模态研究

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机的计算效率与模拟的准确性,对经典混合界面子结构模态综合法(HISCMSM)进行改进,采用改进的HISCMSM建立了带气膜孔的失谐整体叶盘的有限元模型(FEM)并对其进行了模态分析,与高保真有限元模型方法(Finite element model method,FEMM)相比,相对误差≤0.79%,比整体高保真FEMM和经典的HICMSM计算效率分别提高31.01%～55.78%,0.89%～5.45%,研究中考虑了气膜孔的影响,发现气膜孔使得叶盘的模态频率降低,其中气膜孔的大小使得模态频率先减小后增大再减小,气膜孔的排列及角度的改变对叶盘模态频率的影响不大,而气膜孔数对其影响较大。为叶盘结构的设计提供了一定指导意义,为下一步的动力响应研究奠定了基础。

蚁群算法和改进粒子群算法对叶片的减振布局

由于叶片—轮盘系统存在着失谐,对叶盘系统的振动局部化有重要影响。因此,通过建立叶盘系统的集中参数模型,探讨叶片排列顺序的差异对叶片-轮盘系统振动产生的影响。把受迫振动幅值定为研究系统振动局部化程度的指标,分别利用蚁群算法和改进粒子群算法优化叶片排列顺。研究表明:采用蚁群算法和改进粒子群算法优化叶片的排序,可以明显的降低失谐叶盘系统的受迫振动幅值,大大改善振动局部化现象。合理的叶片安装顺序对叶片减振有重大的意义。

整体叶盘结构失谐振动的国内外研究状况

阐述了整体叶盘结构失谐问题,包括模态、响应局部化,局部化因子,失谐叶盘结构分析模型和求解方法,重点对近10年研究的热点问题,如非线性、颤振、灵敏度、气动与结构耦合、失谐识别与预测、失谐优化、"错频"失谐、多级多部件叶盘结构耦合、科氏力、可靠性、稳健性等最新的研究成果做了详细的评述.最后提出了需进一步深入研究的问题,如建立更高效、更高精度、更具适用性的模型,真正采用试验方法对理论仿真模拟进一步地验证,气动与结构耦合以及叶冠间隙和摩擦耦合等因素对多级叶盘共同作用,科氏力产生机理,叶盘对失谐的不敏感度及稳健性等.

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构模态分析中的应用

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机模态分析的计算效率,针对传统混合界面子结构模态综合法由于综合后还可能存在计算量大的问题,提出一种改进的混合界面子结构模态综合法。该方法将综合后的模型进一步减缩,同时在减缩过程中引入位移和力的双协调条件,保证了计算的准确性。采用该方法建立了叶片-轮盘的组合结构的参数化模型,对各个子结构建立有限元模型并综合求其模态,与整体结构有限元法相比,计算时间缩短了23.86%~35.74%,模态偏差不大于0.57%,而传统法,其计算时间缩短了14.63%~29.20%,模态偏差不超过0.49%,可见,在相同的工作环境且保证精度的条件下,该方法计算效率比传统混合界面子结构模态综合法有显著提高,尤其是在高阶模态求解时,计算效率提高的更加明显,为下一步的振动响应及组合结构的动态特性研究奠定了基础。