[发明专利]频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选方法及装置

说明书

本发明涉及航空发动机技术领域，公开了频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选方法及装置，通过压气机整体叶盘叶片的下差模型对应的叶片二阶弯曲频率与一阶弯曲频率的比值作为叶型参数最小值，并根据叶型参数最小值以及压气机整体叶盘叶片的频率分散度控制偏差分析获得叶型参数最大值；然后试验获得各个待测叶片的实际一阶弯曲频率和二阶弯曲频率，选择对应待测叶片的实际叶型参数在叶型参数最小值和叶型参数最大值的范围内的叶片作为满足频率分散性要求的叶片。本发明以叶型参数为切入点，可有效控制压气机不同批次叶盘之间的频率分散度，支撑压气机整体叶盘叶片的振动设计。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，公开了频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选方法及装置。

背景技术

航空发动机压气机整体叶盘叶片失效模式主要为叶片的振动失效，叶片振动模式主要分为整阶振动和非整阶振动，其中抑制整体叶盘叶片整阶振动主要通过调频实现。受制于材料的分散性和制造尺寸的分散性，整体叶盘叶片频率会出现一定的分散性，叶片频率分散性越大，共振转速区间越大，越不利于振动设计。通过控制叶片的频率分散性，可以将叶片共振转速控制在一个较窄的转速区间，从而有效控制叶片共振。因此，工程上存在着控制整体叶盘叶片的频率分散性的客观需求。

由于整体叶盘加工的尺寸分散性和材料分散性，叶盘叶片的频率与期望频率存在一定差异。以材料分散性为例，弹性模量偏差约4%，绝对频率偏差约2%，以几何分散性为例，壁厚偏差5%，绝对频率偏差约5%，制定与频率绝对值相关的控制方法没有实际意义。

当前，国内发动机行业控制整体叶盘叶片频率分散性，其关键在于控制单个叶盘频率分散性小于某一固定值，如单个叶盘叶片频率分散性不超过3%。该控制方法优点在于：可以控制某一叶盘叶片频率分散度；其缺点在于：无法控制多个叶盘之间的叶片频率分散度。例如：盘a和盘b均为压气机某一级叶盘（不同批次），盘a叶片频率为1500~1540Hz，频率分散性为2.63%，盘b叶片频率为1460~1500Hz，频率分散性为2.70%，盘a和盘b均满足3%的控制要求，但是综合盘a和盘b，其叶片频率分散性为1460~1540Hz，频率分散性为5.33%，5.33%大于3%，未能有效的控制不同叶盘之间的叶片频率分散度。

发明内容

本发明的目的在于提供频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选方法及装置，可有效控制压气机不同批次叶盘之间的频率分散度，支撑压气机整体叶盘叶片的振动设计。

为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选方法，包括：

根据压气机整体叶盘的叶片设计模型，获得压气机整体叶盘叶片的叶型参数最小值，所述叶型参数为叶片的二阶弯曲频率与一阶弯曲频率的比值；

根据叶型参数最小值和压气机整体叶盘叶片的频率分散度控制偏差，计算叶型参数最大值；

分别获取压气机整体叶盘的所有叶片的一阶弯曲频率实际值和二阶弯曲频率实际值；

根据每个叶片的一阶弯曲频率实际值和二阶弯曲频率实际值计算获得对应叶片的实际叶型参数；

选择实际叶型参数在叶型参数最小值和叶型参数最大值的范围内的整体叶盘叶片作为满足频率分散性要求的叶盘叶片。

进一步地，根据压气机整体叶盘的叶片设计模型，获得压气机整体叶盘叶片的叶型参数最小值，包括：

根据压气机整体叶盘的叶片设计模型中的下差模型，通过有限元模态分析，获得所述下差模型的一阶弯曲频率最小值和二阶弯曲频率最小值，然后根据式获得叶型参数最小值，其中为下差模型的一阶弯曲频率最小值，为下差模型的二阶弯曲频率最小值。

进一步地，根据计算叶型参数最大值，其中，为叶型参数最小值，为压气机整体叶盘叶片的频率分散度控制偏差。

为实现上述技术效果，本发明提供了频率分散性可控的压气机整体叶盘叶片筛选装置，包括：