一种转子动力特性等效设计方法技术

本发明专利技术涉及航空发动机模拟转子动力特性等效设计的技术领域，更具体地，涉及一种转子动力特性等效设计方法。一种转子动力特性等效设计方法，包括以下步骤：S1. 取消转子轮盘上的叶片，代之以外环凸台，同时截去部分盘体内环；S2. 二者结合以平衡叶片的动力学参数，并构造相应的等效设计平衡方程；S3. 使用数值计算方法用于平衡计算。本发明专利技术结合转子不同叶片盘的结构特点，将转子动力特性等效设计流程化、参数化，使设计过程清晰、明确，降低设计对经验的依赖，极大地提高设计效率。本发明专利技术已应用于某十余级转子的核心机模拟转子等效设计，仿真计算表明，真实转子与模拟转子的动力特性各参数误差小于5%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空发动机模拟转子动力特性等效设计的
，更具体地，涉及一种转子动力特性等效设计方法。
技术介绍
所有的转子设计都要经历理论计算与实验验证的反复论证，而采用真实转子来验证转子动力特性，所耗费的加工、实验成本较高，因此通常采用与真实转子动力特性等效、且成本较低的模拟转子来进行验证实验。这种转子动力特性等效设计，需保证转子零件刚性、质量、质心、转动惯量等参数一致。常规的等效设计方法是：取消转子叶片等难以加工的结构，在盘体外环增加凸台，然后通过打孔等去除材料的方法试凑质量、质心、转动惯量等参数的等效。试凑法简单，易于执行，但同时匹配这些参数困难较大，对经验依赖度高，其在精度控制、设计效率等方面均存在一定的局限性。试凑法简单，易于执行，但同时匹配质量、质心、转动惯量数困难较大；在精度控制、设计效率等方面均存在一定的局限性，制约了其在多级转子等效设计中的应用。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种转子动力特性等效设计方法，将转子叶片的质量、质心、转动惯量匹配到模拟转子中，保证模拟转子动力特性与原转子等效，提高等效设计精度及设计效率，解决当前等效设计手段的局限性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种转子动力特性等效设计方法，其中，包括以下步骤：S1.取消转子轮盘上的叶片，代之以外环凸台，同时截去部分盘体内环；S2.二者结合以平衡叶片的动力学参数，并构造相应的等效设计平衡方程；S3.使用数值计算方法用于平衡计算。本专利技术中，以质量、质心、转动惯量计算理论为基础，结合叶片盘结构特点，经相应的结构处理后构造等效计算平衡方程，应用数值解法获得等效解。具体的，转子叶片盘主要有两种结构型式。整体式叶片盘，方案一，所述的步骤S1、S2中，先从叶根切除叶片，然后增加外环凸台，同时截去部分内环；增加的外环凸台与截去的内环共同用于平衡叶片的动力学参数。榫槽式叶片盘，方案二，所述的步骤S1、S2中，先去除叶片、填平榫槽、然后增加外环凸台，同时截去部分内环，三者结合以平衡叶片的动力学参数。所述的步骤S3中，质量、质心、转动惯量；各参数计算依据理论力学，假定以x轴为旋转轴的计算见公式(1)、(2)、(3)；公式中各参数的意义是：m质量、xc质心、Ixc转动惯量、ρ密度、dv体积分； m = ∫ v ρ d v - - - ( 1 ) ]]> x c = ∫ v x ρ d v / m - - - ( 2 ) ]]> I x c = ∫ v ( y 2 + z 2 ) ρ d v - - - ( 3 ) ]]>e是质心控制参量，a、d确定该环形凸台的质量及转动惯量；直线y1是轮盘外环截面轮廓线，直线y2由d确定；增加的外环凸台和截去的内环按所述的公式(1)、(2)、(3)分别计算质量、质心、转动惯量，所得结果与原始叶片参数相减获得平衡方程，控制a、d、e参数可以获得方程较高精度的逼近解。与现有技术相比，有益效果是：本专利技术结合转子不同叶片盘的结构特点，将转子动力特性等效设计流程化、参数化，使设计过程清晰、明确，降低设计对经验的依赖，极大地提高设计效率。本专利技术已应用于某十余级转子的核心机模拟转子等效设计，仿真计算表明，真实转子与模拟转子的动力特性各参数误差小于5％。附图说明图1是本专利技术方案一处理前结构示意图。图2是本专利技术方案一处理后结构示意图。图3是本专利技术方案二处理前结构示意图。图4是本专利技术方案二处理后结构示意图。图5是本专利技术计算轴线示意图。图6是本专利技术计算流程示意图。图7是本专利技术叶片盘外环处理结构示意图。图8是本专利技术迭代法流程示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。一种转子动力特性等效设计方法，其中，包括以下步骤：S1.取消转子轮盘上的叶片，代之以外环凸台，同时截去部分盘体内环；S2.二者结合以平衡叶片的动力学参数，并构造相应的等效设计平衡方程；S3.使用数值计算方法用于平衡计算。本专利技术涉及的转子动力学参数包括：质量、质心、转动惯量。各参数计算依据理论力学，假定以x轴为旋转轴的计算见公式(1)、(2)、(3)。公式中各参数的意义是：m质量、xc质心、Ixc转动惯量、ρ密度、dv体积分。 m = ∫ v ρ d v - - - ( 1 ) ]]> x c = ∫ v x ρ d v / m - - - ( 2 ) ]]> I x c = ∫ v ( y 2 + z 2 ) ρ d v - - - ( 3 ) ]]>具体的，转子叶片盘主要有两种结构型式。如图1、2所示，整体式叶片盘，见图1、2中方案一：先从叶根切除叶片1，然后增加外环凸台2，同时在3处截去部分内环。增加的外环凸台与截去的内环共同用于平衡叶片的动力学参数。如图3、4所示，榫槽式叶片盘，见图3、4中方案二：先去除叶片、填平榫槽、然后增加外环凸台4，同时在5处截去部分内环，三者结合以平衡叶片的动力学参数。如图5、6所示，e是质心控制参量，a、d确定该环形凸台的质量及转动惯量；直线y1是轮盘外环截面轮廓线，直线y2由d确定。增加的外环凸台和截去的内环按上文所述的公式(1)、(2)、(3)分别计算质量、质心、转动惯量，所得结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.取消转子轮盘上的叶片，代之以外环凸台，同时截去部分盘体内环；S2.二者结合以平衡叶片的动力学参数，并构造相应的等效设计平衡方程；S3.使用数值计算方法用于平衡计算。

【技术特征摘要】
1.一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.取消转子轮盘上的叶片，代之以外环凸台，同时截去部分盘体内环；S2.二者结合以平衡叶片的动力学参数，并构造相应的等效设计平衡方程；S3.使用数值计算方法用于平衡计算。2.根据权利要求1所述的一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于：转子叶片盘包括有两种结构型式，整体式叶片盘或榫槽式叶片盘。3.根据权利要求2所述的一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于：所述的转子叶片盘为整体式叶片盘，步骤S1、S2中，先从叶根切除叶片，然后增加外环凸台，同时截去部分内环；增加的外环凸台与截去的内环共同用于平衡叶片的动力学参数。4.根据权利要求2所述的一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于：所述的转子叶片盘为榫槽式叶片盘，步骤S1、S2中，先去除叶片、填平榫槽、然后增加外环凸台，同时截去部分内环，三者结合以平衡叶片的动力学参数。5.根据权利要求1所述的一种转子动力特性等效设计方法，其特征在于：所述的步骤S3中，质量、质心、转动惯量；各参数计算依据理论力学，假定以x轴为旋转轴的计算见公式(1)、(2)、(3)；公式中各参数的意义是：m质量、xc质心、Ixc转动惯量、ρ密度、dv体积分； m = ∫ v ρ d v - - - ( 1 ) ]]> ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕顺日，陈路，朱莹，甘锦誉，晁爱芳，贺飞，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43