某航空发动机压气机叶-盘耦合振动分析

基于循环对称结构模态分析基本理论,建立并验证压气机叶-盘结构耦合振动特性分析方法和流程。在能够线性求解的前提下,考虑叶-盘间实际连接情况,不忽略叶片榫头与轮盘榫槽间应力状态对振动特性的影响。选取某民航发动机高压压气机第三级叶-盘结构为分析对象,提取结构特征参数,在ANSYS软件中建立起叶-盘结构的三维有限元模型,并进行耦合振动仿真分析。首先计算该叶-盘结构在不旋转工况下的频率和振型,然后计算其在常用转速工况下存在预应力时的频率和振型,分析得到离心载荷对频率和振型的影响规律。最后分析其行波振动特性,计算3节径1,3,5阶行波节径振动频率。考虑外缘叶片受到周期性气体力对叶-盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据,同时也为压气机叶-盘结构的振动特性分析提供了便于工程应用的方法。     

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。     

某发动机高压压气机第三级转子叶片模态分析

选取某民用航空发动机高压压气机第三级转子叶片为分析对象,在介绍模态分析基本理论的基础上,于有限元软件ANSYS Workbench中建立起叶片的三维有限元模型,并对叶片的固有模态及共振特性进行了数值分析,得到该叶片在静止情况下、常用转速工况下的固有频率和振型。最后分析了该级叶片前后的整流环静叶在气流通道中形成的尾流激振力,对该级转子叶片的影响,画出叶片共振图。利用共振图可以找出共振时,叶片的频率、振型和激振力频率,为后续结构分析和排故提供依据。     

航空发动机某型号压气机叶片固有频率的研究

利用有限元法对航空发动机某型号压气机叶片的前二十阶固有频率进行了计算，并通过实验测出了叶片的前四阶固有频率，计算值和实测值基本吻合，为进一步分析叶片的振动响应和确定该型叶片的工作范围提供了依据。     

某在役航空发动机压气机叶片性能研究

真实工况下叶片型面变化与性能演变规律,是需要研究解决的问题。基于在役某发动机,开展了压气机叶片型面测量、建模、模型比对以及性能分析。利用开发的三维扫描系统,完成了真实工况下的叶片型面测量与建模;在理论分析基础上,完成了叶片差异量化评估;并采用有限元技术,对叶片的静强度特性和振动模态进行了研究,分析了其性能特点;通过进一步数据对比,总结得出叶片性能演变规律。真实的验证分析数据研究可进一步推动构建叶片性能模型,并指导我国发动机设计与维修。     

压气机盘疲劳可靠性数字仿真分析

以多轴疲劳的临界平面法为基础,应用随机有限元法确定了压气机盘榫槽部位应力的分布参数,通过标准试样的应变控制低循环疲劳试验确定了材料参数的分布,采用数字仿真分析技术,得到了压气机盘寿命的分布形式和分布参数,建立了压气机盘疲劳可靠性模型.由仿真分析结果可知此方法是可行的,它可以有效降低压气机盘的试验费用,缩短试验周期,具有较高的精度.     

某新型压气机盘车削加工方法浅析

某机高压压气机零级轮盘为压气机部分的第一级,结构较为特殊,零件整体尺寸较小,具有较为特殊的卡圈结构,卡圈宽度尺寸仅1.6mm且上下相对,加工中易发生挤屑、打刀现象;零件还具有较复杂的凸耳结构,铣削加工余量较大,结构复杂;结构类似薄壁环,易变形,同时零件对表面粗糙度要求较精,工艺编制上尺寸链计算量较大,工艺过程安排上难点较多。     

榫连接结构叶片盘振动特性研究及验证

针对航空发动机榫连接结构叶片盘振动特性分析时,采用一体化处理建模方法导致计算精度降低的问题,开展了榫连接结构叶片盘振动特性研究.提出了一种考虑榫连接刚度的叶片盘建模方法,以燃气涡轮叶片盘对象,采用上述方法完成了考虑榫连接刚度的燃气涡轮叶片盘建模,在此基础上进行了叶片盘振动分析并开展了动应力试验验证.结果表明:采用考虑榫连接刚度的叶片盘模型得到的叶片共振转速计算精度在6％以内,相比于榫连接结构一体化的叶片盘模型,得到的共振转速计算精度提高50％.研究工作可为航空发动机叶片盘振动设计提供指导.     

航空发动机风扇叶片振动特性分析

针对叶片的振动失效关系到整台发动机的工作可靠性的问题,基于振动分析理论,在风扇叶片模态试验的基础上,结合有限元方法建立了叶片振动分析模型;考虑气体与叶片的耦合作用,建立了旋转叶片流道模型;利用计算流体动力学计算了额定工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析中进行了叶片静频、动频和振动响应分析,从而得到叶片在不同转速下的动态响应。分析发现,叶片转速在2 000~3 600r/min范围内的10个转速点存在谐共振。通过进一步分析10个转速下的叶片振型与动态应力得出:临界转速工况下的振动应力明显高于相邻转速,但共振应力峰值与临界转速并无正相关性;共振应力集中位置受叶片模态振型影响较大,始终出现于叶片前缘并沿叶高方向变化,表明叶片前缘最易发生振动疲劳。研究结果对叶片振动疲劳设计和维护维、修均有一定的指导意义。     

某型航空发动机压气机叶片气动负荷的近似计算

以某型航空发动机压气机四、五、六级动叶为研究对象，在缺乏叶片扭向设计参数的情况下，根据发动机在地面标准大气条件、设计转速下计算所得的气流参数——压力、温度和速度，应用压气机增压过程中的能量转换关系及级压缩功的表达式，并考虑到动叶受力远大于静叶受力、动叶故障率远大于静叶故障率的事实，近似计算了发动机设计转速下四、五、六级动叶的气动负荷随叶高的变化，从而找到了一种叶片气动负荷的近似计算方法，并为叶片强度校核及振动分析打下了基础。     

压气机轮盘疲劳寿命影响参量的灵敏度分析

压气机轮盘的材料参数与所受应力水平等因素对轮盘寿命有重要影响,就轮盘疲劳寿命对各相关参量的灵敏度进行了详细的分析计算,确定了寿命对各相关参量的敏感程度,绘制了相应的疲劳寿命影响参量灵敏度曲线.计算分析表明,轮盘寿命对轮盘疲劳强度参数与应力的灵敏度影响较大,在各参数中对疲劳强度指数的灵敏度影响是最大的,灵敏度达到了10,当疲劳强度指数值发生变化时将引起疲劳寿命值的很大变化.轮盘寿命对疲劳延性参数的灵敏度较小,其中对疲劳延性系数的灵敏度值小于1且变化不大,可以近似认为是一个常数.通过对各参数的灵敏度分析,在设计中就可以根据寿命对各参量灵敏度的不同,合理确定轮盘的材料、结构和加工工艺.这也是进一步进...     

航空发动机两级燃油泵振动特性的影响因素

为了解承受离心、油液扭矩载荷的燃油泵装配体结构振动特性及影响因素,选取某航空发动机两级燃油泵转动部件为分析对象,基于通用有限元软件平台建立两级燃油泵转动部件装配体结构、单个低压级叶轮的三维有限元模型.根据两级燃油泵在最大起飞工作状态下的工作参数,计算出其转动部件受到的离心、油液扭矩载荷,再利用有限元软件计算了转动部件装配体结构、单个低压级叶轮在无外载荷作用下的、只有离心载荷作用的、只有油液扭矩载荷作用的、离心和油液扭矩载荷同时作用的自振频率和振型.通过对计算结果的对比分析,发现了离心载荷、油液扭矩载荷、构造(转动部件装配体或单个零件)因素对两级燃油泵转动部件频率、振型的影响规律,对其他与油液有相互作用的旋转部件振动特性的计算和分析具有重要指导意义.     

冷压缩机用局部中空薄壁转子动态特性分析

为了减小轴向的热传递,应用于超流氦低温制冷系统的冷压缩机转子采用局部中空薄壁的结构型式。为保证该转子系统在高速运行时的稳定性,利用有限元分析软件ANSYS对某中空薄壁结构型式冷压缩机转子进行模态以及不平衡响应分析,同时探讨了所采用的电磁轴承的刚度与阻尼比对转子动态特性的影响。结果表明,与一般实心结构转子相比,采用局部中空薄壁结构的冷压缩机转子低阶刚性临界转速及其峰值振幅几乎相同;但高阶弯曲型临界转速大幅下降,峰值振幅大幅提高,同时大幅振动所对应的频域更宽;并且对于叶轮端的平衡品质等级和不平衡量位置尤其敏感。采用的中空薄壁转子在一定的电磁轴承的刚度与阻尼比范围内可以实现所要求的动态特性。     

航空螺旋桨振动特性影响因素

选取某航空活塞发动机的两桨叶定距螺旋桨为分析对象,基于通用有限元软件平台建立螺旋桨整体结构、单个桨叶结构的三维有限元模型。根据航空活塞动力装置性能参数,计算出螺旋桨在地面起飞状态下受到的气动、离心载荷,再利用有限元软件计算了螺旋桨整体结构、单个桨叶结构在无外载荷作用下的、只有气动载荷作用的、只有离心载荷作用的、气动和离心载荷同时作用的自振频率和振型。通过对计算结果的分析,发现了气动载荷、离心载荷、形状（整体或单个桨叶）因素对频率、振型的影响规律,对其他与气体有相互作用的旋转部件的振动特性计算和分析具有重要的指导意义。     

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中的压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明：进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。     

缸内高压直喷天然气发动机的怠速排放特性

以一台缸内高压直喷天然气发动机为对象,在不同柴油轨压力及天然气喷射提前角条件下对CO、HC及NOx的排放量进行试验研究.结果表明:当发动机处于怠速运转,天然气在上止点附近喷入气缸时,3种轨压力下CO排放量的差异较小;当天然气喷射提前角推迟到上止点后一定角度时,CO的排放量随着柴油的轨压力升高而降低,当天然气喷射提前角提前到上止点前一定角度时,CO排放量则呈现出相反的变化趋势;随着天然气喷射提前角增大,3种轨压力下CO的排放量均降低;HC排放量随着柴油轨压力的升高而增加,随着天然气喷射提前角的增大而降低,且当柴油轨压力从18 MPa升到24 MPa时,HC的排放量增幅较大;NOx的排放量随着柴油轨压力的提高而升高,随着天然气喷射提前角的增大而升高,且当柴油轨压力从12 MPa升到18 MPa时,NOx的排放量增幅显著.