航空发动机失谐叶盘动态特性研究进展.pdf

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1、叶盘关键制造技术KEYMANUFACTURINGTECHNOLOGYOFBLADEDDISK航空发动机失谐叶盘动态特性*研究进展123姚建尧，高阳，王建军（1.重庆大学航空航天学院，重庆400044；2.中国航空工业集团公司贵州航空发动机研究所，贵阳550081；3.北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191）[摘要]航空发动机叶盘结构中不可避免存在的失谐会严重影响发动机的结构完整性和可靠性，国内外针对这一问题进行了大量深入的研究。详述了失谐叶盘建模、模型减缩、动态特性分析及评价等方面的研究现状，

2、重点介绍多级叶盘和几何失谐叶盘的建模和动态特性分析等方面的最新研究进展，并对失谐叶盘未来研究方向进行了预测。关键词：叶盘结构；失谐；几何失谐；动态特性；模型减缩DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.21.076叶盘结构是航空发动机中的关振动幅值放大现象，使得叶盘结构的键构件，其工作状态直接影响到整机结构完整性和可靠性问题更为严峻。[1]的结构完整性和工作可靠性。随叶盘结构的失谐问题一直受到着结构设计、材料和加工工艺等方面工程界和学术界的关注，国内外学者的不断进步，现代航空发动机

3、的压气从理论、试验和工程应用等方面都进[3-8]机/风扇中广泛采用整体叶盘（环），行了深入的研究。近几十年来，与高效气动设计相结合，使压气机/随着理论和计算水平的不断进步，失风扇的效率提高、流动损失降低，发谐叶盘的研究也经历了从简化模型动机整机的性能参数显著改善。先到高保真模型、从单级叶盘到多级叶进的气动和结构设计使得叶盘所承盘、从假设失谐到真实失谐的过程，受的气动负荷增加，而结构本身却变建模和计算分析精度不断提高，为叶得更为轻巧，因此其振动问题也更加盘结构设计及其安全性和可靠性的突出，严重地威胁着航空发动

4、机的结保障提供了有力的支持。本文将从姚建尧[2]构强度和寿命。建模、减缩和分析评价3个方面对失重庆大学航空航天学院研究员，主叶盘结构以往的设计和分析中，谐叶盘结构动态特性的国内外相关要从事航空发动机结构强度、振动和可靠性，流固耦合理论及应用等方面的研通常假设各扇区是一致的。由于材研究进展进行总结。究。料分散性、加工误差、使用中的不均匀磨损、抑制颤振而引入错频等因失谐叶盘建模技术素，叶盘各扇区间总是不可避免地存合理、准确地建模是叶盘动态特[3]在微小的差别，称为失谐。失谐的性分析的基础，基于叶盘结构的特存在破

5、坏了结构的周期对称性，某些点，失谐叶盘结构分析模型主要有集*基金项目：国家自然科学基金(11502037)。情况下会造成明显的振动局部化和中参数模型、连续参数模型和高保真76航空制造技术·2016年第21期叶盘关键制造技术KEYMANUFACTURINGTECHNOLOGYOFBLADEDDISK[9][25-27][28]有限元模型3类。在最近的研究下的耦合振动特性。叶先磊等算分析精度仍然较低，因此也多用于中也报道了精确几何失谐和多级叶采用该类模型研究了大小叶片整体失谐机理的研究。盘结构的建模技术。下面分

6、别对其叶盘的耦合振动特性，其结果与有限3高保真有限元模型进行介绍。元模型的计算结果具有良好的一致前面介绍的两种建模方法都是1集中参数模型性。针对叶盘结构动态特性而提出的简集中参数模型采用集中质量模与集中参数模型相比，基于梁和化模型，虽然能反映出叶盘结构的基拟叶片和轮盘的质量，采用弹簧来模板构件的连续参数模型能够提高模本振动特征，但并不能精确描述某一拟叶片刚度、轮盘刚度和耦合刚度，拟精度，但由于该模型仍难以模拟实特定叶盘的振动特性，如模态特性和[10-12]如图1所示。该类模型规模小，际的叶片和轮盘的复杂振动

7、形式，计响应水平等。随着硬件和软件水平能很好地反映叶盘的一族或少数几1Nk族谐调和失谐的动态特性，广泛应用cmkmc1扇区n扇区1扇区2于失谐叶盘的机理研究，并取得良好kck1xb1k2mm1的效果。kN…ckcxcd1叶盘集中参数模型的建模过程c…k1.1是一个典型的反问题（参数识别），需m2kk3要通过已知的模态或响应特性来获2取集中参数，并使得集中参数模型的响应特性与高保真有限元模型接近。[13]Mignolet和Lin利用最小二乘估计（a）扇区单自由度（b）扇区两自由度（Leastsquareest

8、imation）、最大似然图1叶盘结构集中参数模型估计（Maximumlikelihoodestimation）Fig.1Lumped-parametermodeIforbIadeddisk以及两者的组合等3种方法建立起已知的失谐响应和未知的集中参数叶片i+1的关系，并进行求解来获取系统中的参数。同样地，也可以利用随机biklgyi模态刚度法（Radommodalstiffness叶片iapproach）或最大似