自由涡轮叶片∕轮盘耦合振动特性分析

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1、第37卷第6期航空发动机Vo1．37No．62011年l2月AeroengineDee．2011自由涡轮叶片／轮盘耦合振动特性分析张原，郁大照，张浩然z(1．海军航空工程学院，山东烟台264001；2．海军装备部，北京100071)摘要：自由涡轮是航空发动机的关键部件，其工作环境非常恶劣，承受着离心载荷、热载荷、气动载荷及振动载荷等的复合作用。利用UG软件对某型自由涡轮2级涡轮轮盘／叶片进行3维实体建模，导入ANSYS构建其耦合振动分析的有限元模型，以静强度分析中的模型为基础，考虑温度场和离心载荷的影响，计算出涡轮叶

2、片／轮盘不同转速下的动频。从Campbell图可见，涡轮叶片／轮盘在工作转速下没有发生共振的危险，该型涡轮设计合理。关键词：自由涡轮；2级涡轮；盘／叶耦合；耦合振动；振动特性；航空发动机张原(1986)，男，在读硕士研究生，AnalysisofCoupledVibrationCharacteristicsofFreeTurbine研究方向为飞行器设计。Blade／Disk收稿日期：2011—08—19ZHANGYuan’，YUDa—zhao，ZHANGHao—ran(1．NavalAeronauticalandAst

3、ronauticalUniversity，YantaiShandong264001，China；2．NavalEquipmentDepartment，Beijing100071，China)Abstract：Freeturbineisakeycomponentofanaeroengine，itsworkingenvironmentisverypoor．Itbearsthecentrifugalload，heatload，aerodynamicloadsandvibrationloadsandetc．The3Dsoli

4、dmodelingofafreeturbinedisk／bladewasbuiltusingUGsoftware．Thethree—dimensionalmodelwasimposedintoANSYStoestablishthefiniteelementmodelofcoupledvibration．BasedOfthemodelinthestaticstrengthanalysis，thedynamicfrequencyofturbinedisk／bladeatdifferentrotorspeedwascalc

5、ulatedconsideringtheeffectoftemperaturefieldandcentrifugalloads．AccordingtoCampbelldiagram，turbinedisk／bladehasnoriskofresonanceatrotorspeed．Theturbinedesignisreasonable．Keywords：freeturbine；twostageturbine；disk／bladecoupling；coupledvibration；vibrationcharacter

6、istics；aeroengine算出轮盘／叶片不同转速下的动频。0引言本文对2级涡轮叶片／轮盘系统进行了耦合振在早期涡轮设计中，涡轮转子振动分析往往忽略动特性分析。涡轮叶片与轮盘及轮盘与轮盘间的耦合，将叶片和轮1实体模型盘作为单独元件进行动力学设计，分别对叶片和轮盘的频率、动态响应和稳定性进行计算，使叶片和轮盘1．13维实体建模的预测频率失真，造成设计参数的不佳选择。涡轮叶片／轮盘是航空发动机的重要零部件，建旋转的结构受离心力的影响，其固有频率与完全立精确的有限元模型是对其进行准确静强度有限元静止时不同，同时温度对

7、材料性能和应力分布有影分析必不可少的。本文利用UG软件对轮盘和叶片进响，需要考虑温度场和离心力对固有频率和模态振型行建模，然后对叶片和轮盘进行装配。的影响。在进行模态分析之前，需先按静力的分析方某型涡轮2级涡轮轮盘的材料均为GH93合金，法求出轮盘在温度场和离心载荷下产生的应力，得到第1、2级涡轮叶片材料分别为GH93和K418B合金lll。结构在工作时的准平衡位置，然后将应力作为预应实体建模主要包括创建叶片实体和轮盘实体2部分。力，在模态分析中进行施加，从而计算结构的动态频叶片曲面为光顺性、连续性要求较高的自由曲面

8、，其率及其振型。然后，以静强度分析中的模型为基础，计截面线是复杂的自由曲线。首先创建截面线，再采用22航卒发动机第37卷通过截面线的方法进行叶片的曲面造型；轮盘则采用于w=2190rad／s。创建纵剖面轮廓图，继而通过旋转特征创建轮盘主体涡轮轮盘与叶片在很高的温度下T作，整个结构的方式建模。L的温差明显，在非稳定工作状态下，热负荷的影响由于叶片