高速旋轉葉片-機匣結構的瞬態(tài)熱耦合特性研究.pdf

1、航空發(fā)動機朝著輕量、高速、重載和連續(xù)運行等方向的發(fā)展，其整體結構更加緊湊，轉/靜子間的間隙要求更小，因此發(fā)動機轉/靜子碰摩故障問題成為主要的技術瓶頸。目前對航空發(fā)動機轉/靜子碰摩故障的研究多集中在碰摩非線性動力響應、熱沖擊、接觸剛度等方面，而對熱耦合作用下轉/靜子的碰摩特性仍缺乏系統(tǒng)的研究。本文借助轉子動力學、傳熱學、振動分析等理論，針對高速旋轉葉片熱耦合狀態(tài)下的振動特性、約束葉片的熱屈曲響應以及葉片-機匣結構的瞬態(tài)碰摩問題展開研究，為

2、改善碰摩狀況、控制系統(tǒng)能量擴散以及優(yōu)化結構設計參數(shù)提供參考。
　　本研究主要內容包括：⑴基于Hamilton原理，推導了高速旋轉葉片在熱-結構耦合場下的振動平衡方程?？紤]溫度場、旋轉軟化及離心力效應，建立多場耦合的動力學模型，采用有限元法對葉片的熱-結構耦合模型進行模態(tài)分析。結果表明，溫度場、旋轉軟化和離心力效應的三者耦合作用會使旋轉葉片發(fā)生明顯的彎扭振型。隨溫度和轉速的升高，彎扭振型下葉片的徑向變形量增加，這將直接影響葉尖與機匣

3、內壁的原有間隙，易使兩者發(fā)生碰摩故障。⑵基于熱屈曲理論，分別建立了約束葉片的線性和非線性熱屈曲平衡方程，研究葉片結構的幾何模態(tài)、屈曲應力及臨界屈曲載荷，進而確定其結構熱穩(wěn)定性和失穩(wěn)形式。結果表明，非線性分析結果更接近工程實際情況。同時在熱沖擊載荷作用下，葉尖承受較大應力，葉片以扭轉變形為主，該變形進一步縮小了葉片與機匣內壁的距離。⑶在葉片熱耦合彎曲和扭轉形式的基礎上，構建了懸臂梁-彈簧式的葉片-機匣碰摩接觸模型。以瞬態(tài)脈沖力模擬高速沖擊