轴流式压气机叶片异步振动固、气、声耦合机理实验研究

摘要

发动机是飞机的心脏，它的性能好坏和可靠性直接影响着飞机的质量和安全。轴流式压气机作为发动机的重要组成部分，它的性能好坏与发动机密切相连。轴流式压气机叶片的异步振动情况，会直接影响压气机的性能，降低压气机的可靠性，甚至导致叶片断裂、裂纹等严重后果。因此研究轴流压气机叶片的异步振动具有重要意义。
　　本文在总结了国内外有关压气机叶片异步振动的基础上，对轴流式压气机叶片的气固耦合理论试验台做了优化设计，同时研究了射流的形成和射流特性。
　　首先，对射流的基本知识进行了了解和掌握。同时，通过改变射流和试验板之间的距离，射流速度等因素，研究射流的湍流性质，主要是验证了涡旋结构集中存在于射流的外边界区域上，同时测得了涡旋的脱落频率是随射流速度的增大而增大的，集中在200Hz～600Hz之间。
　　然后，根据试验测量结果，计算斯特劳哈尔数在0.23～0.418之间，并与前人研究进行比较，结果基本一致。
　　最后，针对现有的轴流式压气机叶片气固耦合理论试验台存在一些设计问题，对柔性圆板和支架做了重新的设计和优化，优化设计后圆板的第六阶固有频率为863Hz，环形峰值的位置在r/D=1.28处。优化后的支架也基本达到了设计要求。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和课题研究的目的和意义

1．2 轴流压气机叶片异步振动的研究现状与进展

1．3 模态分析及其在振动测试上的应用

1．4 有限元分析的应用领域

1．5 本课题的研究内容

第2章 压气机简介

2．1 离心式压气机

2．2 轴流式压气机

2．2．1 转子

2．2．2 转子叶片

2．2．3 静子

2．2．4 静子叶片

2．2．5 工作原理

2．3 轴流式压气机不稳定工况和叶片振动

2．3．1 旋转失速

2．3．2 喘振

2．3．3 颤振

2．4 本章小结

第3章 气体射流动力学

3．1 射流定义与分类

3．2 射流形成

3．3 射流特性

3．4 冲击射流

3．5 本章小结

第4章 射流涡旋脱落理论验证

4．1 涡旋脱落理论

4．1．1 流动特性计算

4．1．2 涡旋脱落频率

4．2 涡旋脱落验证实验

4．2．1 实验目的

4．2．2 实验设备

4．2．3 实验过程

4．2．4 实验结果

4．3 排除噪声干扰

4．3．1 确定噪声对压力传感器的影响

4．3．2 射流冲击平板时的噪声特性

4．4 本章小结

第5章 实验台优化设计

5．1 现有实验台

5．2 射流核心反馈理论

5．3 现有圆板评价

5．3．1 现有圆板理论计算

5．3．2 现有圆板有限元分析

5．3．3 现有圆板模态实验

5．3．4 对比几种方法得到的固有频率

5．3．5 确定环形峰值位置

5．4 圆板优化设计

5．4．1 理论计算优化设计圆板(周边固定)固有频率

5．4．2 有限元分析优化设计圆板(周边固定)固有频率

5．4．3 优化设计圆板(周边固定)的环形峰值位置

5．5 圆板支架的的优化设计

5．5．1 支架优化准则

5．5．2 现有支架的有限元分析

5．5．3 综合考虑后优化设计的圆板支架有限元分析

5．5．4 圆板固定于现有支架时的有限元分析

5．5．5 圆板固定于综合考虑后的支架整体有限元分析结果

5．5．6 结果分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文的工作总结

6．2 未来工作的展望

参考文献

致谢