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人为失谐改善叶盘气弹稳定性的机理分析

航空动力学报 2022年第10期37卷 2142-2156页

作者：范雨刘鑫李琳余晓平北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 内蒙古工业大学航空学院呼和浩特010051 中国航天科技集团公司中国航天空气动力技术研究院北京100074

理解人为失谐提升叶盘气动弹性稳定性的机理,有助于提高航空发动机叶盘的结构设计水平。首先,通过将失谐叶盘的气弹耦合模态投影到谐调模态张成的线性空间中,获得了以谐调叶盘气动阻尼比线性叠加表示的失谐叶盘气动阻尼比的解析表达式... 详细信息

理解人为失谐提升叶盘气动弹性稳定性的机理,有助于提高航空发动机叶盘的结构设计水平。首先,通过将失谐叶盘的气弹耦合模态投影到谐调模态张成的线性空间中,获得了以谐调叶盘气动阻尼比线性叠加表示的失谐叶盘气动阻尼比的解析表达式。从理论上证明了:失谐气弹耦合模态振型中包含多个彼此独立的谐调叶盘模态振型的贡献;气动阻尼比水平较高的谐调叶盘模态的参与提高了失谐叶盘的气弹稳定性。接着,提出了失谐叶盘气弹稳定性的预测方法,在计算过程中先分别分析失谐和气弹耦合的模态特性,再相互结合预测失谐叶盘的气动阻尼比水平。该方法只需进行一次气弹耦合分析,一是在实际设计中可降低对失谐设计叶盘气弹稳定性实验测量需求,二是降低仿真过程中的计算量,加快失谐模式寻优过程。最后,采用具有NASA-Rotor37叶型的叶盘作为研究对象,在多种失谐模式和失谐强度下验证了上述理论的正确性。结果表明:解析表达式误差小于0.1%;预测方法对稳定边界有一定的高估且误差在5%以内,对于总体影响规律的预测与精确解一致。

关键词：叶盘人为失谐气弹稳定性模态投影定量分析

叶片/叶盘摩擦阻尼结构的非线性模态分析综述

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航空动力学报 2022年第10期37卷 2167-2187页

作者：孙业凯吴亚光王兴范雨袁杰张大义中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 中山大学航空航天学院广东深圳518107 思克莱德大学卓越航空航天中心英国格拉斯哥G11XQ

概述了非线性模态的理论基础以及非线性动力学分析的一般数值方法;进而针对含干摩擦非线性环节的结构,总结了阻尼非线性模态的相关研究进展;在此基础上,重点综述了国内外近十年来采用阻尼非线性模态数值方法在航空发动机带冠叶片、缘板... 详细信息

概述了非线性模态的理论基础以及非线性动力学分析的一般数值方法;进而针对含干摩擦非线性环节的结构,总结了阻尼非线性模态的相关研究进展;在此基础上,重点综述了国内外近十年来采用阻尼非线性模态数值方法在航空发动机带冠叶片、缘板阻尼器、叶根阻尼与干摩擦阻尼环分析与设计中的应用;列举了目前用于验证非线性模态的先进试验技术。提出了非线性模态在干摩擦阻尼结构动力学分析中亟需解决和关注的若干问题。研究表明:非线性模态逐渐从理论研究阶段过渡到工程应用阶段。结合模型降维技术,阻尼非线性模态已经可用于提取带干摩擦阻尼叶片/叶盘高保真有限元模型的模态特征。拓展能量平衡法与非线性模态综合法搭建了非线性模态与稳态响应的桥梁,可以显著提升基于响应的参数分析效率。非线性模态试验技术的研究处于起步阶段,尚无法应用于工程复杂结构。

关键词：非线性振动阻尼非线性模态干摩擦阻尼器叶片叶盘

高温钛合金航空发动机叶盘锻造变形均匀性研究

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塑性工程学报 2022年第9期29卷 88-94页

作者：洪小英李亮亮王乐四川信息职业技术学院现代制造学院四川广元628017 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

为了提高某航空发动机叶盘锻件的组织均匀性和锻件的力学性能,提出将小变形区反向追踪到原始坯料所在区域,并减少该区域材料的预制坯设计方法。首先通过热压缩实验获得某高温钛合金的流变曲线,并使用该流变曲线构建了某发动机叶盘锻件... 详细信息

为了提高某航空发动机叶盘锻件的组织均匀性和锻件的力学性能,提出将小变形区反向追踪到原始坯料所在区域,并减少该区域材料的预制坯设计方法。首先通过热压缩实验获得某高温钛合金的流变曲线,并使用该流变曲线构建了某发动机叶盘锻件的有限元模型。然后通过有限元仿真结果分析了锻件的小变形区和大变形区在原始坯料中的位置,随后通过减少小变形区材料的方法设计了坯料形状。经过3次坯料更新后,处于推荐等效应变范围内的坯料体积从40%提高到了90%,显著提升了锻件的变形均匀性。实验结果表明,优化后的坯料能够得到组织比较均匀的锻件,平均晶粒尺寸相比原始材料显著减小,满足性能要求。此外,晶相分析结果验证了太大或太小的变形量都会导致锻件的平均晶粒尺寸偏大。

关键词：航空发动机叶盘预制坯有限元钛合金

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级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

振动与冲击 2011年第9期30卷 46-49页

作者：王艾伦陈金波中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室长沙410083 中南大学机电工程学院长沙410083

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶... 详细信息

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。

关键词：叶盘级间接触耦合频率转向失谐模态局部化

Ti6Al4V合金整体叶盘热等静压近净成形研究

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稀有金属材料与工程 2015年第2期44卷 360-364页

作者：吴言薛鹏举魏青松史玉升华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

本研究结合模具工艺与热等静压方法,整体近净成形出了复杂叶盘零件,并对模具变形、成形精度以及组织性能进行系统分析。结果表明,整体近净成形叶盘相对致密度达到99.5%。SEM结果显示:零件内部为均匀细小的α+β长条状组织,无明显孔隙和... 详细信息

本研究结合模具工艺与热等静压方法,整体近净成形出了复杂叶盘零件,并对模具变形、成形精度以及组织性能进行系统分析。结果表明,整体近净成形叶盘相对致密度达到99.5%。SEM结果显示:零件内部为均匀细小的α+β长条状组织,无明显孔隙和裂纹;组织致密,微观组织出现"分层"现象;同炉拉伸件抗拉强度可达920 MPa,性能优于同规模铸件,与锻件性能相当;分析断口微观形貌得出试样为韧性断裂;该方法成形零件材料利用率高,工艺成本低,成形周期较长。本研究为叶盘类零件热等静压近净成形提供了参考依据。

关键词：热等静压近净成形叶盘模具

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基于双重极值响应面法的叶盘联动可靠性分析

推进技术 2016年第6期37卷 1158-1164页

作者：张春宜路成费成巍宋鲁凯魏文龙哈尔滨理工大学机械动力工程学院黑龙江哈尔滨150080 北京航空航天大学计算机学院北京100191

为了更准确地研究变形和应力对航空发动机叶盘性能的影响,在湍流模型理论和叶盘流场模型的基础上,提出了一种可靠性分析方法即双重极值响应面法（Dual Extremum Response Surface Method,DERSM）。在分析中考虑气体压力和离心力作用,合... 详细信息

为了更准确地研究变形和应力对航空发动机叶盘性能的影响,在湍流模型理论和叶盘流场模型的基础上,提出了一种可靠性分析方法即双重极值响应面法（Dual Extremum Response Surface Method,DERSM）。在分析中考虑气体压力和离心力作用,合理选取随机输入变量,得到叶盘结构的总体最大变形和最大应力,并作为输出响应;对随机变量进行抽样,通过抽样点拟合各自的极值响应面方程;结合蒙特卡洛法对两个极值响应面模型进行联动抽样,计算出了航空发动机叶盘的可靠性概率。实例仿真表明：当叶盘最大允许变形量为4.2mm,最大许用应力为7.5×10^2MPa时,其可靠性概率为98.61%。与极值响应面法（Extremum Response Surface Method,ERSM）相比,DERSM在保证计算精度的前提下,计算效率提高23.52%,验证了DERSM在叶盘可靠性分析方面的有效性。

关键词：可靠性分析双重极值响应面法叶盘航空发动机流-固耦合

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基于激励阶次的失谐叶盘振动响应局部化研究

东北大学学报（自然科学版） 2016年第3期37卷 378-382页

作者：张宏远袁惠群寇海江东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学理学院辽宁沈阳110819

为了评估不同激励阶次和不同失谐标准差对叶盘系统结构振动的局部化影响,针对航空发动机压气机叶盘系统有限元模型,考虑榫槽和榫头的非线性接触,采用子结构模态综合法,通过引入相对振动局部化因子,研究了在不同激励阶次下的谐调和失谐... 详细信息

为了评估不同激励阶次和不同失谐标准差对叶盘系统结构振动的局部化影响,针对航空发动机压气机叶盘系统有限元模型,考虑榫槽和榫头的非线性接触,采用子结构模态综合法,通过引入相对振动局部化因子,研究了在不同激励阶次下的谐调和失谐两种情况下叶盘系统振动响应,分析不同失谐标准差下失谐叶盘系统的振动响应局部化特性,讨论了激励阶次对失谐叶盘系统位移和应变能的影响规律.结果表明,激励阶次对失谐叶盘系统频率、位移和应变能分布影响显著,随着激励阶次的增加,相对局部化因子呈现先增大再减小的趋势.

关键词：航空发动机叶盘失谐激励阶次相对局部化因子

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具有干摩擦散乱失谐的叶盘受迫响应特性

航空动力学报 2006年第4期21卷 711-715页

作者：王红建贺尔铭余仕侠西北工业大学航空学院陕西西安710072

阻尼件是叶盘结构中起减振作用的主要部件,而阻尼件的干摩擦散乱失谐会影响其在叶盘振动中的减振作用。本文利用谐波平衡法与快速傅立叶变换技术,对具有非线性干摩擦力的叶盘受迫响应进行了数学建模,仿真分析了叶盘系统在各种耦合、粘... 详细信息

阻尼件是叶盘结构中起减振作用的主要部件,而阻尼件的干摩擦散乱失谐会影响其在叶盘振动中的减振作用。本文利用谐波平衡法与快速傅立叶变换技术,对具有非线性干摩擦力的叶盘受迫响应进行了数学建模,仿真分析了叶盘系统在各种耦合、粘性阻尼比、干摩擦强度、干摩擦散乱失谐程度等参数影响下的受迫响应规律。研究结果显示,叶盘系统在弱耦合和粘性阻尼比较大的情况下,干摩擦散乱失谐会导致叶盘共振幅值显著增大。

关键词：航空航天推进系统干摩擦散乱失谐叶盘受迫振动非线性谐波平衡法

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失谐叶盘受迫响应的灵敏度分析方法

航空学报 2017年第12期38卷 187-197页

作者：谭元球臧朝平周标段勇亮 E.P.PETROV 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 赛克斯大学工程与信息学院英国布莱顿BN19QT

针对失谐叶盘结构的受迫响应与叶片失谐之间的敏感性问题,提出了一种失谐叶盘最大响应幅值分别关于叶片频率失谐参数和叶片节点失谐质量的一阶和二阶灵敏度系数计算方法,以探究叶盘结构失谐参数对其最大响应幅值的影响。该方法立足于高... 详细信息

针对失谐叶盘结构的受迫响应与叶片失谐之间的敏感性问题,提出了一种失谐叶盘最大响应幅值分别关于叶片频率失谐参数和叶片节点失谐质量的一阶和二阶灵敏度系数计算方法,以探究叶盘结构失谐参数对其最大响应幅值的影响。该方法立足于高保真失谐叶盘减缩建模和响应分析技术,直接对失谐叶盘结构的动力学方程进行推导获取其一阶和二阶灵敏度系数的数学表达式,未引入任何其他近似和简化计算措施,可以有效地求解高保真失谐叶盘最大响应幅值在不同激励频段、激励阶次和失谐形式下的灵敏度系数。该灵敏度分析方法在大规模高保真失谐叶盘结构模型上验证了其有效性。结果表明,与常规的数值差分灵敏度近似计算方法相比,本文提出的灵敏度分析方法在计算精度和计算效率方面具有巨大的优势,对进一步的失谐叶盘响应分析具有广泛的应用前景和通用性。

关键词：失谐叶盘高保真灵敏度分析数学表达式