静子叶片内环结构对机匣动力特性的影响

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1、2010年8月沈阳航空工业学院学报Aug．2010第27卷第4期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringV01．27No．4文章编号：1007—1385(2010)04—0023—04静子叶片内环结构对机匣动力特性的影响吴志广王克明张利民(沈阳航空航天大学动力与能源工程学院，辽宁沈阳110136)摘要：根据某型航空发动机高压压气机的实际结构进行有限元分析，着重地考虑内环结构的计算模型与常规无内环结构计算模型固有频率的差异。通过比较计算结果明显看出内环结构对机匣弯曲刚度具有明显的加强作用，振动模态

2、对应的固有频率明显增高。由此可以断定以往在计算静子系统动力特性时忽略内环结构或是只考虑内环的等效质量是不合理的。采用本文提出的考虑叶片内环的计算模型才能获得正确的机匣动力特性。关键词：压气机；静子；内环；有限元分析；中图分类号：V231．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—1385．2010．04．006随着航空发动机向着大功率高转速方向发展，系统中会出现很多异常的振动现象，其动力学特性引起人们的极大关注。其中航空发动机静子系统动力特性计算是动力学的一个重要研究方向，也是研究转子动力特性及转静碰磨问题的必经途径。为保证发动机正常

3、工作，找出异常振动的原因，国内外许多学者普遍采用的是有限元分析。但是有限元分析实质是用简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。由于计算量极大，计算模型肯定要进行简化处理。然而影响系统动力特性的原因很多且很复杂，所以建立准确计算模型求得静子系统的动力特性是件意义重大且难度很高的工作。着重从具有内环结构的静子系统的动力特性出发，研究内环结构对静子系统动力特性的影响，从而提出合理的有限元建模要求。1有限元模

4、型建立1．1压气机机匣实际结构特点涡轮风扇发动机的高压压气机静子部件由十一级静子叶片构成。作为核心机的关键组成部件其前3级静子叶片采用顶端带环加强结构，安装方式采用的是分半螺栓连接，其分半后如图1所示。机匣壳体半径延轴向收敛，第7级静子叶片根部有放气带结构。图1静子叶片内环结构竺雯竺乏量妻三!=’：量：鼍：矍-岛人’在读硕士'主要研图2静子系统有限元模型究方向：航空发动机强度、振动及噪声．E—mail：wzg．e—mail@一⋯⋯⋯⋯⋯⋯～qq．伽．王克明(1954一)，男．辽宁沈阳人。教授．主要研究方向：1．2压气机机匣有限元模型航空发动机强度、振动及噪

5、声，E—mail：wkin308@126．一。由于考虑到螺栓连接及分半平面处的内环是洗R1航生t业乍院々掘m27杜小连续代的．敞建立的竹限元模型甚于的是半十挑气机机睁订限元艇’“如嘲2所币。由于后8级镜F叶H没有内环结扎』_Jf_Ⅱ质世较小。枉有限元模型rp小做母虑放7t带部位做丁削薄灶理。士要建立了两种计算模’吼模理一为参照宴断内环结构建立的IL打内虾的计算模型；模型二是按照质址等效I中则将山环的质量均匀的加载到叶片端部也就址}兑ll傩楱砸一中未能体理内环结构对机匣的加强作川2有限元模型自由振动模态分析2I材料属性殛有跟元设置定义什阅吭审艟动机髓计手册得

6、到此段机匣常温状态F晰崖山7850kg／in’．掸性横量E=206x10“Pa，泊松比03。【

7、算模型在网格划分时采用的址solid20m“h1186呼实体单元．网梏尺寸最大为20ram啦兀您数～8875个。22自由振动固有频率比较通过有限元软什时阿种f；l型无约束自由振动横卷计算得到的ljif叫阶非剐体横态固有频率如表1所不。表I自自槿态目育颈$计算IltzlJ±坠cj*m"——j堕堕堕三一507¨40955T23自由振动横态对应的振型由于来施加任何忧移约求．故而模态计算结果的箭6阶鄙为机匣的刚体模态，其值近似为0，枉振划比对时将就剿除”外．u{片本身的

8、自振频率与机咀的围有频牢祖接近，秤有限元计算是很难通过设定平求鲥频术范Uj将其过滤掉。这静南叶片内振或魁排振而砒祭到横卷计葬结粜中的局部模态比对时没有意义通丘上筛选比对计算{jl窄一与计算模型二相匹配的振型如幽3至圉10所示。豳鼍，==篇气=焉I!=’丽=，_。====∑i————————————————⋯田3挂型一第一册撮型=i—————]r：苎妻!!!!!!·：I!t4模女=第～n撮越。!曼!!!：!王?=圈5模Ⅲ一第=n&型24模态计算结果分析从匹配振型的固有频率中可以看出考虑内环结构的汁算模型固有频率普遍高于没有考虑内环结构的计算模型。第三阶固有频

9、率比对更为突出，因为其主要振动部位在机匣前半部．更能体现出内环结构