航空发动机整体叶盘结构的模态分析与非线性振动研究

发布时间：2021-01-16 12:55

　　为了减轻航空发动机的重量,提高发动机的推进效率,许多航空发动机都采用了整体叶盘结构。整体叶盘结构由转子的轮盘和叶片共同构成,一体成型,为一个整体结构。由于轮盘变得更薄,轮盘的刚度也明显减小,这会导致叶盘结构的大幅度振动,这些非线性振动进而会给航空发动机的正常运行带来很大的威胁。本文集中研究了某压气机整体叶盘在变转速和超声速气流下的非线性耦合振动。首先,利用CFD和FEM软件对真实几何参数建模的整体叶盘模型进行耦合振动特性分析,此分析同时考虑了气动载荷和离心力的影响。根据所得到的共振坎贝尔图,得到了整体叶盘最危险的振型阶次,也就是第四阶振型,由盘的扭转和叶片的第一阶弯曲振动构成。因此,基于此阶振型,建立了整体叶盘的集总质量和弹簧形式的动力学模型。模型的准确性通过与有限元模拟得出的共振频率进行对比得到了验证。此模型同时考虑了诸多因素,包括叶片的非线性弹性,叶片受到的气动尾流激励,离心力以及扰动转速。然后,通过哈密顿原理和动力学离散,得到了整体叶盘的非线性微分控制方程。由于整体叶盘的轮盘和叶片振动频率的比例为1:1,所以对整体叶盘的1:1内共振下的特性进行了分析。通过多尺度方法得到了集总参数... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

发动机剖视图

气机及风扇的工作叶片（即转子叶片）均用其叶身轮盘轮缘的榫槽中，再用锁紧装置将叶片锁定与轮发动机结构设计方面，出现了一种称之为“整体叶盘，它是将工作叶片和轮盘作为一体，省去了连接用化[1-2]。整体叶盘结构，即将叶片和盘采用一定的焊块材料上加工出叶片和盘的叶盘结构，在简化传统上降低了榫头气流损失,提升了气动效率。整体叶盘率高，结实，可靠性高等特点[3]。将叶片与轮盘作不需加工出安装叶片的榫槽，因而轮缘的径向尺寸量减轻。例如，F414 发动机中的第二，三级风扇转重量减轻 20.43kg，转子重量减轻后，将会对整台发14 发动机与其原型机 F404 相比，推重比有 7.5 提高出，采用整体叶盘结构与传统的叶片轮盘结构相比用金属基复合材料（MMC）的整体叶环（Bling），

需加工出安装叶片的榫槽，因而轮缘的径向尺减轻。例如，F414 发动机中的第二，三级风扇量减轻 20.43kg，转子重量减轻后，将会对整台 发动机与其原型机 F404 相比，推重比有 7.5 提，采用整体叶盘结构与传统的叶片轮盘结构相比金属基复合材料（MMC）的整体叶环（Bling）图 1-2 整体叶盘Fig.1-2 Blisk

【参考文献】：
期刊论文
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[7]含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性分析[J]. 陈香,朱靖,张亚.  航空动力学报. 2015(05)
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本文编号：2980869