周向非均匀流动引起的转子动力学载荷分析

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1、第4l卷第3期航空发动机V01．4lNo．32015年6月AeroengineJun．2015周向非均匀流动引起的转子动力学载荷分析胡绚，，张强z，戴宏亮1(1．湖南大学机械与运载工程学院，长沙410082；2．中国飞行试验研究院，西安710089)摘要：以轴流涡轮为分析对象，分析了流动沿周向分布不均匀的条件下涡轮转子受到的气动载荷。假设涡轮级内的流动沿周向呈1次谐波形式的余弦函数分布，考虑转子叶片叶顶间隙，利用双耦合激励盘模型描述叶片通道中的流动，采用谐波分析方法求得涡轮转子受到的气动载荷。分析了不同

2、轴向位置处、不同非均匀流动参数的影响，讨论了转子偏心所产生的非均匀流动，给出了非稳态流动条件下的气动载荷。结果表明：1次谐波形式的非均匀流动会产生附加载荷作用于转子，从而影响转子的动力学性能；非稳态不均匀流动会影响附加载荷的大小，但不改变其在动坐标系中的方向。关键词：转子动力学；气动载荷；非均匀流动；1次谐波；轴流涡轮中图分类号：V231．96文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnk1．aeroen91ne．2015．03．005AnaIysisofROtordynamicL0adingsfr

3、OmCincumferentia¨yNon—uniformF10wHuxuml，zHANGQiaJl乎，DAIHong—hallF(1，coⅡegeofMechanjcalandVemcleEngmeeril峪，Hunanu11iverSic)r，Chan疹ha410082，chjna；2．CllineseFlightTestEstabhshment，)(i’an710089，Chma)Abstra【ct：Thedynamicloadingsona】【ialturbinemtorswereanalyze

4、dwithcircumferentiallynon—unifo瑚nowconditions．AssumingthecircuH如rentialdist晶utionoftheflowcouldbeexpressedasacoSinefunctioninthe6rsth姗nicfo玎n，theflowinthebIadepas8agewithbladetipcleamnceswasdescribedbytwo—coupled—actuatoI“iskmodel，andthedynamicloadingson

5、theturbinemtorwereobtainedbythehaHIlonicanalysismethod．Thee珏．ectsofseveralnowparametersindi珏-erenta)【ialpositionswereanalyzed，andthenon—unifo珊nowduetotheeccentricrotorwasdiscussed，andthenthedynamieloadingswerepredictedundertheconditionofunsteadyflow．Ther

6、e蚍ltsshowthatnon—unif0咖nowwi山thef0珊of6rsth咖oniccanpmduceadditionalforcesonthemtor，whichmayexerti—luencesonthemtordynamicped-0Ⅱnance．Theadditionalloadingscanbea矗bctedbytheunsteadynon—unif0Ⅱnnow，whichcan，tchangetlleirdirectionsinthemovingcoordinatesystem．K

7、eywOrds：mtordynamics；dynamicloadings；non—unifomlnow；thefirstha硼onic；axialturbineO引言在叶轮机械的工作过程中，由于受转子偏心或者上游工作级等的影响，叶轮中的流动沿周向的分布会变得非均匀，可能使叶轮转子受到附加的气动载荷，从而使其动力学性能变得不稳定，运行效率降低，甚至可能发生故障1。31。因此，有必要对由非均匀流动所产生的气动载荷与动力学影响进行研究，以指导叶轮机的设计与优化、提高其工作性能。叶轮转子形心的偏移是引起周向非均

8、匀流动的原因之一，会产生影响转子系统运动稳定性的气动载荷——Thomas缓‰rd力。对于转子偏心引起的气动载荷，E¨ch、Spal【ovszky、Maninez—S粕chez和Al—Nahwi等学者提出了不同的解析方法∞，Kang等利用计算流体力学软件进行了仿真计算【司，storace、Maninez—sanchez等进行了试验研究【1一。目前，Thomas／AⅡbrd力的产生机理已研究得比较清楚，也得到了较为统一、明确的结论。对于由其他原