航空发动机叶片-机匣碰摩摩擦热效应仿真分析

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1、第43卷第1期2017年2月航空发动机AeroengineV01．43No．1Feb．2017航空发动机叶片一机匣碰摩摩擦热效应仿真分析赖少将，李舜酩，闻静(南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016)摘要：为了分析航空发动机叶片一机匣碰摩摩擦热对叶片的影响，基于有限元法建立了叶片一机匣碰摩摩擦的热一结构直接耦合模型，分析了不同偏心距和转速对模型应力场和温度场的影响，并与未考虑摩擦热效应的碰摩模型进行对比。结果表明：当叶片与机匣之间发生摩擦时，需考虑材料参数随温度变化的影响；摩擦热主要分布在接触表面较小的区域，温度分布沿接触面向四周呈递减趋势，且温度梯度越

2、来越小。并在该区域产生了较大的热应力；随着偏心距和转速的增大，叶片一机匣的摩擦热效应越发明显。在实际工程问题中，需考虑摩擦热效应对叶尖表面损伤的影响。关键词：摩擦热效应；碰摩；转子叶片；机匣；有限元法；摩擦振动；航空发动机中图分类号：V232．4文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2017．01．005SimulationAnalysisofFrictionThermalEffectofAeroengineBladetoCaseRub-ImpactLAIShaoJiang，LIShun—ming，WENJing(CoUeg

3、eofEnergyandPowerEngineering，NamingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Inordertoanalyzethefrictionthermaleffectofaeroenginebladetocaserub—impactonblade，acoupledthermal—structuralmodelofbladetocaserub—-impactwasestablishedbyusingfiniteelementmethod．Thei

4、nfluencesofdifferenteccentricityandrotationalspeedonthestressfieldandtemperaturefieldwerestudied．Thecalculatedresultswithfrictionthermaleffectwerecomparedwiththatwithoutfrictionthermaleffect．Resultsshowthatwhenthebladetocaseisunderfriction，theinfluenceofthematerialparameterchangingwi

5、thtemperatureshouldbetakenintoaccount．Frictionheatwasmainlydistributedinthesmallregionofthecontactsurface．Thetemperaturedistributionexpandsaroundindescendingtendency，andtemperaturegradientisgettingsmallerandsmaller,andproducedlargethermalstressintheregion．Withtheincreaseofeccentricit

6、yandrotationalspeed，thefrictionthermaleffectofbladetocasewasmoreobvious．Inpractice，itissuggestedthatthefrictionthermaleffectonblade—tipsurfacedamageshouldbeconsidered．KeyWOrds：frictionthermaleffect；rub—impact；rotorblade；casing；finiteelementmethod；frictionvibration；aeroengine0引言为了提高航空

7、发动机的效率、降低耗油率和全寿命费用旧，发动机叶尖间隙设计得非常小【3】，这增加了转子和静子之间发生碰摩的可能性。转子叶片与机匣之间的碰摩运动有可能呈现间歇运动而不是平稳运动，即发生摩擦振动[41。摩擦振动不仅会产生噪声，而且还会造成叶片表面严重磨损，导致发动机工作质量降低圈。在摩擦过程中，接触区域会产生大量的摩擦热啕，使得接触点附近温度快速升高，通常导致材料发生相变，加剧了发动机因冷热变化引发的疲劳失效问题，对飞行安全造成了极大隐患川。目前，国内外学者针对碰摩故障机理及其动力学特性进行了较多研究[8-9]，而关于摩擦热效应对复杂系统的影响研究较少。Ahmadt

8、lo】分析了刚度硬化、旋