航空发动机叶片高频模态阻尼的实验测试方法

以NASA Rotor37叶片为对象,研究了航空发动机叶片的高频模态阻尼比的实验测试方法.实验分析和数值计算均说明:在随机声激励下获得频响曲线将包含由支撑结构振动造成的峰值.基于此提出在支撑结构上布置多个传感器的实验方案,并以支撑结构的振动峰值位置和能量相对大小来判定叶片振动主导的振动峰值.用小波阈值收缩法和曲线拟合法对这些振动峰值进行了降噪和模态阻尼比识别,给出了实测模型在10kHz内“叶片主导振动”的模态阻尼比.结果表明:一般的结构金属材料条件下,叶片结构的高频模态阻尼比的数量级小于1%,且随频率增加呈下降趋势.      

压气机叶片气动阻尼的改善设计

针对气动阻尼在强迫响应分析中的应用现状,提出了一种在叶型基本确定的条件下进一步设计气动阻尼的方法.该方法只对叶片基元级的积叠轴做微小的调整,这种调整对叶栅流场气动特性和固有频率的影响很小,可以忽略不计.研究了积叠轴调整对叶片气动阻尼的影响,得出在不需要大量流场计算的条件下,即可判断如何调整叶片积叠轴以达到增加气动阻尼目的的结论.在分析中用振型相似度衡量叶片模态振型与气动阻尼比的关系,相似度越小气动阻尼比越大.      

亚声速叶片与跨声速叶片的气动阻尼比较

为了研究叶轮机中叶片与流场流固耦合作用情况下的气动阻尼,分别以亚声速和跨声速转子叶片为例计算气动阻尼。根据对非定常气动力的分析,提出了一种与结构等效粘滞阻尼比对应的模态气动等效粘滞阻尼比的定义。采用弱耦合分域求解的算法,在线性范围内,计算并比较了跨声速叶片和亚声速叶片模态和振幅对模态气动阻尼比的影响,根据分布气动阻尼比研究压缩波对模态气动阻尼比的影响。研究结果表明这两类叶片的气动阻尼特性基本一致,所提参数对两类叶片的气动阻尼的影响基本相同。     

凹腔火焰稳定器组件界面的适配性研究

为研究超燃发动机凹腔火焰稳定器组件中陶瓷导流块与稳定器壳体的连接可靠性,针对来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.5MPa的来流,计算了整个燃烧室的内表面温度分布。以此为输入条件,以凹腔火焰稳定器子结构为研究对象,并通过热传导分析计算得到凹腔火焰稳定器的体温度。对凹腔火焰稳定器进行了应力-应变分析,计算中特别考虑了碳化硅复合材料与陶瓷导流块的拉伸与压缩弹性模量不等这一特性。在全粘接情况下,从分析结果可以看出,由于导流块热膨胀系数高于稳定器壳体热膨胀系数,导流块将承受较大的压应力。在两者的粘接区端部均有较高的剪切应力及拉伸或压缩正应力,二者适配性较差。为了改善粘接区端部的应力集中问题,给出了中部粘接的连接方式。计算结果显示,粘接区域端部的正应力和切应力分别减小了78%以上和60%以上,此连接方式可较好地改善初始连接方式造成的稳定器壳体与导流块间的连接适配性差的问题。     

基于应力球张量法的不同模量陶瓷梁有限元分析

针对具有拉压弹性模量不等特性的材料,由于其不能沿用经典弹性理论进行应力和变形分析,为解决其结构计算问题,提出通过判断应力球张量的正负来确定拉压弹性模量的新思想,并在ANSYS的基础上,开发了拉压模量不等材料的分析计算模块。以纯弯曲两端简支的陶瓷梁为例,建立其有限元模型,利用所开发模块对纯弯曲的陶瓷梁进行结构分析,通过对比所得的有限元解与其解析解的计算结果,确定误差范围,正应力的误差不超过2.1%,挠度的误差不超过3%,得出本文提出方法的可行性。通过对比按照单、双模量计算所得最大拉压应力有限元解之间的误差,发现随着拉压弹性模量比的减小,误差值随之增大,超过工程允许范围,得出不同模量理论应用于实际的重要性。     

超燃冲压发动机性能的准二维计算方法

为了能在双模态超燃冲压发动机流道方案初步论证中提供一种较快速的发动机性能计算方法,在二维N-S方程基础上,引入一维完全燃烧计算方法,提出了预估超燃冲压发动机性能的准二维计算方法.该方法能够计入激波、边界层分离等对发动机性能的影响,可在较短时间计算出整机推力、比冲性能和沿程热力学参数.通过对自由射流发动机计算,验证了此方法.并在此基础上,初步分析了燃料喷注位置和流道构型对发动机性能的影响.     

带有阻尼环(套)的篦齿封严装置固有特性的理论及实验

以带有开口阻尼环(套)的篦齿封严装置为研究对象, 运用弹性力学、材料力学和接触力学的有关理论研究了阻尼环(套)与封严装置之间的接触压力和接触刚度的求解方法.在此基础上, 根据结构系统动力学理论建立了封严装置/阻尼环(套)组合结构的等效线性系统模型, 并通过模态实验验证了理论模型的正确性.研究了阻尼环的安装位置和阻尼套厚度、宽度、开口量等参数对组合结构固有特性的影响规律.阻尼环在不同的安装位置时对封严装置固有特性的影响较小.阻尼套对封严装置固有特性的影响包括附加质量和附加刚度两方面, 当封严装置结构一定时, 组合结构的固有频率与封严装置自身频率的差异大小取决于阻尼套附加质量和附加刚度的相对比较.由于阻尼环(套)开口较小, 并且它的刚性远低于封严装置的刚性, 组合结构仍大致以周波型振动为主.