[发明专利]一种基于弯角设计的压气机静叶减振优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于弯角设计的压气机静叶减振优化设计方法，其步骤如下：(1)基于压气机静叶‑机匣结构的三维几何模型，建立有限元模型，在室温下对静叶‑机匣结构进行振动计算；(2)输入随温度变化的材料性能，以最严酷设计工况下的温度场、气动载荷和腔压作为载荷输入，对静叶‑机匣结构进行振动计算；(3)分别计算共振转速裕度和频率裕度不足的共振点，确定静叶的目标优化频率；(4)调整静叶周向弯角，分别计算其相应的频率；(5)分析不同弯角对频率的影响规律，拟合出叶片频率与弯角调整之间的定量关系，结合目标优化频率值确定叶片弯角的调整方案；(6)结合气动设计结果，进一步优化弯角和叶型，使叶片满足气动性能的前提下，其主要振动频率避开工作转速范围，确定静叶最终优化方案。

技术领域

本发明属于压气机结构强度技术领域，涉及一种压气机静叶减振设计方法，具体涉及一种基于弯角设计的压气机静叶减振优化设计方法，以解决压气机静叶在设计过程中静叶调频困难的问题，在使静叶主要振动模态有效避开低阶共振的前提下，提高了静叶调频设计的效率，且静叶弯角调整裕度大，调频效果明显，还能减小上下端壁处的分离区，减小气动损失。

背景技术

现代高性能航空发动机设计采用高叶尖切线速度、低展弦比前/后掠叶片、整体叶盘、整体叶环等结构，使得振动模态密集、结构和气动阻尼显著下降，为减振设计带来更大的挑战。

当激振频率与叶片的固有频率相等时，叶片会发生共振。一旦发生强迫共振，很容易使叶片产生高循环疲劳，造成叶片以至于发动机的破坏。发动机在整个工作范围内，叶片无法完全避开所有共振。因此在设计阶段来保证叶片在经常工作的状态下避开主要有害共振。

叶片避开主要有害共振措施有改变激振力、改变叶片固有振动频率、提高抗力和增加阻尼等。其中改变叶片固有频率是一种最常用的措施，通常是通过改变叶片的材料或者改变叶片的造型实现。

更换材料只有当材料的比刚度相差较大时才有效。改变叶片的造型常通过加厚或减薄叶身尺寸来实现调频，但压气机叶片较薄，改变叶片厚度会造成气动性能衰减，叶片厚度的调整裕度较小，使得频率调整范围也较窄，常常无法满足调频的需求。若重新设计叶片必然会延长设计周期，增加设计难度，亟需一种能同时兼顾振动和气动性能的高效减振优化设计方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的技术缺陷，本发明为解决现有压气机静叶设计时在满足气动性能前提下通过增厚/减薄等手段常常无法满足调频需求的技术问题，提供了一种基于弯角设计的压气机静叶减振优化设计方法，以解决在设计过程中压气机静叶调频困难的问题，在使静叶主要振动模态有效避开低阶共振的前提下，提高了静叶调频设计的效率，且静叶弯角调整裕度大，调频效果明显，还能减小上下端壁处的分离区，减小气动损失。

(二)技术方案

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于弯角设计的压气机静叶减振优化设计方法，其特征在于，该方法实现至少包括如下步骤：

SS1.基于原始压气机静叶-机匣结构的三维几何模型，建立有限元模型，并根据原始压气机静叶-机匣结构在常温下的材料性能，在室温下对原始压气机静叶-机匣结构进行振动计算；

SS2.输入原始压气机静叶-机匣结构随温度变化的材料性能，以最严酷设计工况下的原始压气机静叶-机匣结构的温度场、气动载荷和腔压作为载荷输入，对原始压气机静叶-机匣结构进行振动计算；

SS3.提取原始压气机静叶室温下的固有频率f₀和最严酷设计工况下的频率f_d，根据激振倍频绘制坎贝尔图，分别计算共振转速裕度和频率裕度不足的共振点，结合振动评估结果，确定压气机静叶的目标优化频率值f_ob；