[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

摘要

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。

主权项

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；通过三维设计软件可以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＝1,2…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可按以上方法计算；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。