[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

说明书

一种航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法。其包括建立实体模型；风扇叶盘分割；风扇叶片等效；风扇轮盘等效；损伤叶片等效；模拟转子建立等步骤。本发明优点：通过三坐标扫描法得到的数据在三维设计软件中建立风扇叶盘实体模型，可以包含风扇复杂的细节结构，等效时也包含了细节结构的影响，与理论等效法相比，模型还原度高、等效精度高；直接通过三维设计软件得到风扇叶盘、叶片、叶片损伤量的质量、质心、转动惯量等主要的物理特征参数，计算精度高、过程简单，也避免了复杂的理论计算。

技术领域

本发明属于航空发动机测试技术领域，特别是涉及一种航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法。

背景技术

现今大多数客机都采用大涵道比涡扇发动机，飞机在起飞、低空飞行和降落时，由于发动机强大的吸力，位于发动机最前端的风扇易遭受外来物体(例如小鸟或鸟群、砂砾、金属片等)的撞击，造成风扇叶片局部损伤甚至整个叶片的丢失。风扇叶片损伤后将使发动机转子失去平衡，导致发动机振动过大，严重时会破坏发动机或飞机机体结构，造成飞行事故。

对风扇不平衡振动的实验研究通常是在保证动力学相似和结构相似的前提下，将风扇结构利用等效法将其等效为圆盘转子结构；风扇损伤后引起的不平衡量，是采用在圆盘转子结构上增加或减少部分质量来模拟动不平衡的情况。等效后圆盘转子需要保证主要的物理参量，如质量、质心、转动惯量等与风扇基本一致。由于风扇的实际结构异常复杂，采用理论等效无法保证结构的一致性；当前方法对于不平衡量的施加是采用试凑法，精度较低，也难于保证所有物理量的一致性；此外，等效后的圆盘转子与发动机风扇之间也难于开展对比验证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种航空发动机风扇动不平衡模拟转子等效设计方法。

为了达到上述目的，本发明提供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；