[发明专利]一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法

说明书

本发明提供了一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，包括获取静子叶片叶身中部薄弱位置和叶身根部薄弱位置；定义动强度储备比值，以及动强度储备比值阈值的上限值和下限值；计算静子叶片动强度储备比值；比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数；对优化后静子叶片进行高周疲劳试验或仿真分析，评估优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动性能。本发明设计的优化方法，在不改变叶片数量和叶型的基础上，通过对静子叶片的结构进行微调，可以减小对静子叶片性能影响、降低结构改动风险、改善叶身振动应力分布，提高叶片抗弦弯振动能力。

技术领域

本发明属于航空发动机叶片设计领域，涉及静子叶片减振设计技术，具体涉及一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法。

背景技术

压气机高压级静子叶片设计过程中，经常使用带内、外缘板的设计方式，这种结构可以提高静子叶片的刚性及自振频率，此外内缘板还可作为级间封严的封严环。目前，为抑制叶片颤振、提高气流稳定性，高压压气机后几级的静子叶片通常采用小展弦比叶片，且随着叶片级数升高叶片的展弦比逐渐降低，其中展弦比为沿展向长度与沿径向长度的比值，它代表了叶片的相对长度或相对宽度，是影响叶盘系统振动特征的重要几何参数之一。

压气机高压级静子叶片工作过程中，出现的固有频率振动一般包括弯曲振动、扭转振动、弦向弯曲振动三类基础振动，以及由三种基础振动组合成的复合振动。在早期发动机设计过程中，多采用大展弦比叶片，因此叶片故障多由弯曲振动或扭转振动导致，而静子叶片故障形式多表现为叶身与缘板过渡位置出现裂纹。而随着展弦比的降低，弦向弯曲振型的频率相对于弯曲、扭转振动下降，由弦向弯曲振动而导致的静子叶片的裂纹故障逐渐增多，主要表现为叶根、叶身与缘板过渡位置裂纹和叶身中部径向裂纹，这使得弦向弯曲振型更容易导致叶片出现叶身掉块的问题。

目前，针对弯曲振动与扭转振动问题，一般采用提高裂纹位置的动强度储备的方式克服，在实际操作过程中，通常采用增加叶身与缘板过渡位置的厚度，因此带内、外缘板的静子叶片的叶身厚度分布一般为叶尖、叶根位置较厚，叶身中部位置厚度较薄。

但是，弦向弯曲振动存在过渡位置与叶身中部位置两个薄弱位置，通过提高单个位置的动强度储备的方式可能会导致另一个位置振动恶化的现象，使得静子叶片的抗弦向弯曲振动能力较弱。

鉴于此，需要对静子叶片的抗弦向弯曲振动优化进行设计，使设计后的静子叶片具有较强的抗弦向弯曲振动能力。

发明内容

为了使静子叶片的振动应力均匀化，提高静子叶片整体的抗弦向弯曲振动能力，本发明公开了一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，该方法的设计思路是采用动强度储备比值作为优化设计的调整指标，通过对静子叶片典型参数的控制，综合协调薄弱位置的动强度储备，以实现提高叶片整体的抗弦向弯曲振动能力的目的。

实现发明目的的技术方案如下：一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，包括以下步骤：

S1、对静子叶片进行振动分析，获取静子叶片的薄弱位置，所述薄弱位置包括叶身中部和叶身根部；

S2、定义叶身中部动强度储备与叶身根部动强度储备的比值为动强度储备比值，并设定动强度储备比值阈值的上限值和下限值；

S3、获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，并计算动强度储备比值；

S4、比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内；

S5、对优化后静子叶片进行高周疲劳试验或仿真分析，评估优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动性能。

进一步地，步骤S3中，所述获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，方法包括：