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多级压气机转子负荷系数对叶片非同步振动的影响

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航空学报 2023年第14期44卷 24-36页

作者：程荣辉余华蔚汪松柏杜林孙大坤孙晓峰中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 北京航空航天大学流体与声学工程实验室北京102206

通过理论计算分析与试验研究,解释了核心机试验中调节叶片(VSV)异常偏关引起的转子叶片非同步振动(NSV)现象。首先对出现叶片振动的前1.5级压气机进行了全环非定常数值模拟研究。数值结果表明当第1级静叶安装角从偏关2°逐渐调节到偏关... 详细信息

通过理论计算分析与试验研究,解释了核心机试验中调节叶片(VSV)异常偏关引起的转子叶片非同步振动(NSV)现象。首先对出现叶片振动的前1.5级压气机进行了全环非定常数值模拟研究。数值结果表明当第1级静叶安装角从偏关2°逐渐调节到偏关6°时,第1级转子叶片负荷逐渐增加,并出现明显的分离流动结构,该流动现象在转子叶片上产生非整数倍转频的压力脉动激励,这是典型的旋转失稳(RI)现象特征。为进一步研究旋转失稳诱发非同步振动与转子气动负荷之间的关联,在6级跨声压气机试验件上开展了系统性的计算与试验研究。通过二维通流计算评估了不同进口导叶/静叶(VIGV/VSV)角度下,第1级转子负荷随转速的变化规律。进而通过6级压气机试验,观察到当第1级静子叶片调整到偏关8°以及第1、第2静子叶片同时调整到偏关4°和偏关3.6°时,第1级转子叶片均出现了非同步振动现象。通过分析第1级转子叶片表面应变的频谱和机匣动态压力脉动的频谱,建立了二者的内在关联。明确了除叶尖径向间隙大外,可调导叶/静叶偏关同样会在转子叶尖形成高负荷,导致叶尖区域流动不稳定进而诱发叶尖旋转失稳现象。研究结果对于多级压气机的设计工作具有重要的指导意义。

关键词：多级轴流压气机非同步振动负荷系数旋转不稳定可调导叶/静叶

压气机叶片非同步振动机理及气动布局优化研究

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推进技术 2023年第5期44卷 50-59页

作者：黄玉薇侯安平吴杰张明明韩亚东北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京工业大学理学部北京100124

针对航空发动机叶片中的非同步振动诱发叶片断裂失效问题,基于时域推进的方法建立了压气机全周物理域的流固双向耦合模型,旨在对周向非定常扰流和叶片气动弹性特征进行更合理的描述。通过该模型揭示了叶片非同步振动的发生机理,并通过... 详细信息

针对航空发动机叶片中的非同步振动诱发叶片断裂失效问题,基于时域推进的方法建立了压气机全周物理域的流固双向耦合模型,旨在对周向非定常扰流和叶片气动弹性特征进行更合理的描述。通过该模型揭示了叶片非同步振动的发生机理,并通过一定的气动布局手段优化了叶片表面气动力和振动幅值。研究表明:叶尖泄漏流与主流掺混后形成的通道涡是诱发叶片产生非同步振动的根本原因,而掺混流的周向传播强度仅在一适中的范围内时才具有产生明显通道涡的能力,并提出以通道前缘截面上的流动相对周向动量Wmix为判断通道涡和振动幅度强弱的依据。导叶偏转角或导叶栅距非谐程度的增大,均会对掺混流的周向强度有一定的加强作用,使得通道涡强度和非同步振动幅值呈现先增大后减小的趋势。

关键词：压气机非同步振动气动布局优化流固双向耦合导叶偏转角栅距非谐

高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片非同步振动的实验研究

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推进技术 2023年第2期44卷 75-82页

作者：汪松柏张少平余华蔚吴亚东陈勇曹志鹏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

为揭示高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片高振幅值非同步振动的发展过程及其产生机理,本文从实验角度出发,详细揭示了一种由旋转不稳定涡激发转子叶片非同步振动瞬态过程中流体主动作用至被动响应的变化趋势。研究结果表明,在叶片振... 详细信息

为揭示高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片高振幅值非同步振动的发展过程及其产生机理,本文从实验角度出发,详细揭示了一种由旋转不稳定涡激发转子叶片非同步振动瞬态过程中流体主动作用至被动响应的变化趋势。研究结果表明,在叶片振动触发前,第一级转子叶尖分离涡扰动已存在,但其频率与叶片固有频率未耦合。随级负荷进一步升高,分离涡频率小幅波动,诱发其与叶片一阶固有频率耦合,激发转子叶片高振幅值振动。气流扰动周向模态数由流体主动作用时的高模态发展为被动响应时的低模态。

关键词：高负荷压气机旋转不稳定转子叶片非同步振动压力脉动

轴流压气机转子叶片非同步振动的声传播特征研究

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机械设计与制造 2020年第4期 99-105页

作者：栾孝驰沙云东赵奉同沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136

围绕某型涡扇发动机压气机内部噪声环境下转子叶片气固耦合振动失效问题,开展某型涡扇发动机压气机流道内部噪声测量试验,主要研究压气机高压一级转子叶片发生非同步振动(NSV)时压气机流道内部声波传播特征。针对压气机高压一级转子叶... 详细信息

围绕某型涡扇发动机压气机内部噪声环境下转子叶片气固耦合振动失效问题,开展某型涡扇发动机压气机流道内部噪声测量试验,主要研究压气机高压一级转子叶片发生非同步振动(NSV)时压气机流道内部声波传播特征。针对压气机高压一级转子叶片发生NSV时,研究了6个测点位置处噪声信号特征,确定了噪声源位置以及特征频率噪声信号沿压气机周向和轴向位置的传播特性,并应用环形管道声传播基本理论,初步计算了压气机内部特征频率噪声信号的基本物理特性。分析结果表明:诱发高压一级转子叶片NSV的声信号应起源于高压一级转子叶片排位置处;该声信号沿轴向位置的传播方式为:从高压一级转子叶片排位置向两端传播;周向传播方式为:周向阶数为6的声模态与转子旋转方向相反的方向传播;压气机内部声共振是诱发转子叶片NSV的主要原因。研究的内容和结论,对分析航空发动机压气机转子叶片故障问题、提高压气机性能和工作稳定性具有重要的参考价值。

关键词：轴流压气机转子叶片非同步振动声传播声共振声模态

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大型旋转机械非同步振动的一些现场经验

热力发电译丛 1991年第1期 18-27页

作者： Colua.,G 张学廷

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基于叶尖定时原理的整体叶盘振动测试与分析

航空发动机 2021年第6期47卷 74-79页

作者：刘海娄金伟胡伟王洪斌中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

针对某发动机整体叶盘风扇部件第1级转子叶片振动故障,应用基于叶尖定时原理的多通道非接触叶片振动测试系统对不同气动状态、不同运行转速下叶片振动参数进行测量,采用整级叶片行波分析方法分析得到了整体叶盘转子叶片的振动形式以及... 详细信息

针对某发动机整体叶盘风扇部件第1级转子叶片振动故障,应用基于叶尖定时原理的多通道非接触叶片振动测试系统对不同气动状态、不同运行转速下叶片振动参数进行测量,采用整级叶片行波分析方法分析得到了整体叶盘转子叶片的振动形式以及叶片振动随风扇气动状态和运行转速的变化规律。测试分析结果表明:该整体叶盘转子叶片在多个转速下存在非同步振动,同时静子参考系可观察到前行波,叶片振动频率、激振因素及振动节径均随转速变化,叶片振动Campbell图存在2条明显的激振线,与叶片2弯和1扭振型频率线基本一致。通过测试分析可知振动激励源为宽频激励,且与试验件静子结构激振因素无关。可通过提高叶片自身刚度、强化阻尼效果、降低弯扭耦合来改善叶片振动特性。

关键词：整体叶盘叶片振动叶尖定时行波分析非同步振动航空发动机

多级轴流压气机内部噪声测试及频谱演化特征分析

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沈阳航空航天大学学报 2012年第4期29卷 10-15页

作者：栾孝驰沙云东赵奉同崔现智沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院) 沈阳110136

主要研究压气机高压一级转子叶片出现非同步振动前后,压气机流道内部的噪声特性。利用声波导管系统,分别对某型涡扇发动机整机和压气机部件试验中压气机流道内部噪声进行了测量。对转子叶片振动前后噪声信号的频谱、特征频率处的声压级... 详细信息

主要研究压气机高压一级转子叶片出现非同步振动前后,压气机流道内部的噪声特性。利用声波导管系统,分别对某型涡扇发动机整机和压气机部件试验中压气机流道内部噪声进行了测量。对转子叶片振动前后噪声信号的频谱、特征频率处的声压级和总声压级的演化过程进行了详细分析,并与国外相关研究做了对比。分析结果表明:两种试验条件下压气机高压一级转子叶片出现非同步振动现象前后压气机流道内部噪声特性呈现相似的特征,进一步分析得知诱发压气机高压一级转子叶片非同步振动的声源可能仅存在于压气机局部范围内,激励可能是由气动力引起的并与旋转不稳定性有关。

关键词：多级轴流压气机噪声测试非同步振动旋转不稳定性

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多级轴流压气机噪声源特性分析

沈阳航空航天大学学报 2012年第1期29卷 31-33,90页

作者：韩佳沙云东沈阳航空航天大学航空航天工程学部沈阳110136

某型轴流式压气机高压一级转子叶片出现大幅振动,并且振动频率不是转频的整阶次,即叶片非同步振动。对叶片的激励可能来源于气动和非定常流场,就包含了声场。为了研究叶片出现非同步振动时的压气机声场,在压气机机匣内壁上对压气机噪声... 详细信息

某型轴流式压气机高压一级转子叶片出现大幅振动,并且振动频率不是转频的整阶次,即叶片非同步振动。对叶片的激励可能来源于气动和非定常流场,就包含了声场。为了研究叶片出现非同步振动时的压气机声场,在压气机机匣内壁上对压气机噪声进行测量。通过分析得知,噪声信号特征频率的出现与叶片非同步振动同时出现,主要影响因素有压气机转速、结构调节状态等参数。

关键词：航空发动机轴流压气机非同步振动噪声