两自由度弯扭耦合涡轮机械叶片动力学分析.pdf

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1、振动与冲击第33卷第7期JOuRNALOFVIBRAT10NANDSH0CK两自由度弯扭耦合涡轮机械叶片动力学分析王丹，陈予恕，曹庆杰，熊冶平(1．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001；2．南安普顿大学工程与环境学院，南安普顿SO171BJ英国)摘要：针对涡轮旋转机械的叶片所处的高温、高压及复杂多场环境，建立其弯曲和扭转两自由度耦合的截面模型，研究了来流速度对振幅的影响。利用平均法和能量法原理，得到了系统在发生临界颤振时的幅频关系以及在能量输人输出情况下系统的稳定性关系，避免了颤振发生引起的气动弹性设计失效问题，从而对叶片的优化设计提供理论依

2、据。关键词：叶片颤振；平均法；能量法；气动弹性设计中图分类号：0313．2文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jVS．2014．07．033Dynamicanalysisofa2-DOFturbomachinebladewithcouplingofbendingandtorsionWANGDan，CHEN一shu，CAOQing-fie，XIONGYe-ping(1．SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．SchoolofEngin

3、eeringandEnvironments，UniversityofSouthampton，Southampton，S0171BJ，UK)Abstract：Bladesofturbinesandcompressorsareimportantcomponentstoproducepower．Theyworksofteninacomplicatedconditionwithhighpressure，hightemperatureandthreedimensionalfluidflowsaswel1．Theaeroelasticproblemsuchas

4、bladefluttermayoccurduringdifferentworkingstates．Flow—inducedvibrationofabladewithcouplingofbendingandtorsionwasinvestigatedtorevealthemechanismofaflutter．Averagingmethodandpowerflowapproachwereusedtodemonstrateflutterbehaviorsoftheinteractionbetweenanisolatedbladeandaquasi—st

5、eadyflow．Therelationbetweenamplitudesandfrequenciesofbladevibrationwasobtainedtopredictflutters．Theresultsprovidedatheoreticalbasisforaeroelasticoptimaldesignofblades．Keywords：bladeflutter；averagingmethod；powerflowapproach；aeroelasticdesign叶轮机械所处的工况十分复杂，叶片和流经的流且其振幅很大程度上依赖于结构的非

6、线性因素。so体之间时刻进行能量的传输或转换，因此这类机械的等利用边界元方法研究了在两列平行涡激作用下，结构特点和工作原理决定了其内部流动的复杂性。柔NACA0012翼型的流体激振响应问题。他们的研究结性叶片较之刚性叶片，更容易受到气动力的作用，产生果表明，空气动力学和结构共振发生在相同的共振参结构变形，发生共振，因而存在着巨大的安全隐患。为数比c／d，而与截面的几何形状和作用到的叶片上的平了提高叶片与流体进行能量传输的效率，同时预防叶均气动力载荷无关。Lau等利用时间推进边界元方片发生颤振，对叶片的气动弹性问题进行研究是非常法详细的研究了两个参数

7、s／c(静子的几何设计参数，必要的。由于叶片本身结构的设计，实际工程应用中静子叶片排叶片间距与叶片弦长之比)和c／d(归一化多采用数值模拟如边界元、有限元的方法研究其气动频率参数，与转子尾流的通过频率有关)对于叶片与漩弹性问题。Jadic等利用时间推进方法分别研究了流涡耦合作用的影响。体一叶片在带有连续涡和不带有连续涡的一致均匀流在实际的工程应用中，对由于流固耦合作用引起作用下的耦合运动。其研究表明，颤振的发生不会导的涡轮机械叶片的疲劳寿命预测是非常重要的。Sand—致灾难性的失效问题，而是叶片会发生极限环运动，并ers等从理论上分析了转子叶片在转

8、子一静子耦合作用下受到的气动力和气动力矩。在以前的研究中，转子尾流是作用到静子叶片上的一个主要的外激励基金项目：国家自然科