航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析

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1、第43卷第1期航空发动机V01．43No．12017年2月AeroengineFeb．2017航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析李占营1，王建军1，邱明星2(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191；2，中国航发沈阳发动机研究所，沈阳l10015)摘要：为研究流体哥氏力和管路参数等因素对航空发动机管路固有振动频率的影响规律，采用Galerkin方法建立了管路流固耦合数学模型，并通过复特征值分析得到了系统的固有频率。通过将采用Galerkin方法的计算结果与试验测试数据进行比较，验证了Galerkin方法的正确性；给出了试验管

2、路的临界流速，并研究了流体哥氏力和管路截面尺寸对系统固有频率的影响。结果表明：试验燃油管路实际流速远小于发生屈曲失稳的临界流速；哥氏力对不锈钢和钛合金2种管材燃油管路固有频率的影响很小；相同壁厚管路，外径越小，流固耦合对固有频率的影响越大。关键词：输液管路；流固耦合；Galerkin方法；固有频率；哥氏力；航空发动机中图分类号：V233文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2017．01．012AnalysisforNaturalFrequenciesofPipeConveyingFluidConsideri

3、ngFIuid—StructureInteractionLIZhan一订n91，WANGJian-junl，QIUMing—xing。2(1．SchoolofEnergyandPowerEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China；2．AECCShenyangEngineResearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：InordertoanalyzetheeffectofCoriolisforceandpipeparametersonthenat

4、uralfrequencies，thefluid-structurecouplingmodelofpipeconveyingfluidwasestablishedusingtheGalerkinmethod，andthenaturalfrequenciesofthepipewereobtainedbythecomplex—eigenvaluemethod．Comparingwiththeexperimentaldata，theanalyticalresultswereverified，whichindicatedthattheanalytical

5、modelisrational．Thecriticalvelocityofthetestpipeconveyingfuelwasobtained，andtheinfluenceofCoriolisforceandthesectioncharacteristicstothenaturalfrequencieswereinvestigated．Itisfoundthatthefuelvelocityofthetestpipeisfarbelowthecriticalvelocity．TheCoriolisforcehaslittleeffectont

6、henaturalfrequenciesofboththestainlesssteelandthetitaniumalloypipe．Forthepipeinthesamethickness，thefluid—structureinteractionhasmucheffectonthenaturalfrequencyastheoutdiameterofthepipedecrease．Keywords：pipeconveyingfluid；fluid-structureinteraction；Galerkinmethod；naturalfreque

7、ncy；Coriolisforce；aeroengineO引言航空发动机管路系统用于发动机部件之间及其与飞机间的流体输送。管路系统振动会引发管路故障，影响到管路系统甚至发动机安全可靠地运行。该振动属于典型的输液管路振动，而作为振动的前沿课题，国内外很多学者【1。31采用不同方法对输液管路的动力学行为进行了深入研究。Holrnest41矛1]用Lyapunov直接法研究了丽端固支输液直管在自激励作用下全局动态行为，表明该类管路不会发生颤振失稳；张智勇[51采用传递矩阵法研究了流固耦合对输液管路固有频率的影响；金基铎tr]采用平均法研究了两端固支输液

8、直管在脉动内流作用下的参数共振问题；Tornabene[刀采用广义微分求积法研究了输液直管的临界流速。在固有振动特性研究方面，杨晓东等[