[发明专利]航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法

权利要求书

1.一种航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法，其特征在于：所述的航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一：通过三坐标扫描法得到航空发动机风扇叶片和风扇轮盘的轮廓线，然后将轮廓线导入到三维设计软件中进行曲线拟合，建立精确的风扇叶盘实体模型；在三维设计软件中定义风扇叶片和风扇轮盘的材料属性，并根据实际风扇叶片和风扇轮盘的设计参数定义风扇叶盘实体模型的重心位置；根据三维设计软件计算风扇叶盘实体模型的重量，并与实测重量进行对比，如有偏差，在风扇叶盘实体模型中通过调整材料的密度和重心位置进行修正；

步骤二：以风扇叶片和风扇轮盘的安装面作为参考面，在三维设计软件中以安装面为切割面将风扇叶盘分割成轮盘和叶环两部分；如果风扇叶片和风扇轮盘是一体结构，利用三维设计软件得到轮盘和叶环的物理特征参数，包括体积、质量和重心；如果风扇叶片和风扇轮盘不是一体结构，风扇叶片被切割后有部分结构保留在风扇轮盘中，风扇轮盘的质量其中ρ₁和ρ₂分别为风扇轮盘和风扇叶片的密度，V₁⁰和分别为风扇轮盘的体积和风扇叶片保留在风扇轮盘中的体积，分割后的轮盘体积

步骤三：将分割后的轮盘等效为厚度不变的等效轮盘，需确定等效轮盘的安装孔直径R、等效轮盘外径R₁和等效轮盘厚度D；

步骤四：将分割后的叶环等效为厚度不变的等效圆环；需确定等效圆环内径R₂、圆环外径R₃和圆环厚度d；

步骤五：计算风扇叶片损伤不平衡量；在三维设计软件中，以风扇叶盘实体模型的重心位置为参考原点，以参考原点为圆心绘制一个个切割圆，切割圆的半径为用切割圆沿发动机轴向，即XY平面垂直方向建立切割面对风扇叶片进行切割；半径为的切割圆切割风扇叶片的切除量即为叶片损伤量；通过三维设计软件得到叶片损伤量的质量、质心和转动惯量以及损伤百分比，由公式K_m＝m_mr_m(m＝1,2L n)得到叶片损伤量引起的不平衡量K_m，其中m_m为叶片损伤量的引起的不平衡质量，r_m为叶片损伤量的质心到参考原点的半径；风扇叶片不同程度损伤所引起的不平衡量都按以上方法计算；

将切割后的损伤叶片用于风扇叶盘的实体模型中，即得到包含叶片损伤的风扇叶盘实体模型；

步骤六：等效风扇叶片损伤不平衡量；将叶片损伤量在扇形等效叶片上等效为可移除的同心扇形薄片，即等效损伤量；需确定同心扇形薄片的外径R₄、内径厚度d_f以及圆心角α。

2.根据权利要求1所述的航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法，其特征在于：在步骤一中，所述的三维设计软件选自UG、PRO/E和SOLIDWPRS中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法，其特征在于：在步骤三中，所述的安装孔与风扇叶盘的安装孔一致，即等效轮盘的安装孔直径R是确定的；等效轮盘外径R₁由公式求得，其中转动惯量J_P和质量M₁通过三维设计软件得到；等效轮盘厚度D由公式得到。

4.根据权利要求1所述的航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法，其特征在于：在步骤四中，所述的等效圆环安装在等效轮盘外端，因此等效圆环内径R₂与等效轮盘外径R₁相等，即R ₂＝R₁；假设风扇叶盘的叶片共有N个，单个风扇叶片等效成角度为2π/N的扇形等效叶片，等效圆环外径R₃由公式求得，其中S为单个叶片等效的扇形等效叶片的面积，其中质量M₂和单个叶片的重心半径R_S由三维设计软件得到；等效圆环叶环厚度d由公式得到。

5.根据权利要求1所述的航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法，其特征在于：在步骤六中，所述的等效损伤量扇形薄片的外径R₄为等效圆环的圆环外径R₃，即R₄＝R₃；厚度d_f与等效圆环的圆环厚度d相同，即d_f＝d；扇形对应的圆心角为α＝2π/N，等效损伤量扇形薄片的内径不同风扇叶片损伤不平衡量在等效叶片上的等效损伤量的内径都按上式进行计算。