航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法，利用叶片振动疲劳试验获得的修正系数，乘以叶片材料的GoodMan曲线，从而确定叶片的GoodMan曲线，并对该GoodMan曲线设定安全系数；进行叶片静强度分析、模态分析，以获得不同转速下的静强度分析结果、模态分析结果；结合叶片的GoodMan曲线以及静强度分析结果得到的静应力，获得不同转速下叶片上各点的许用振动应力；采用AF动应力储备系数η来评估叶片各个点的危险程度，并依据AF动应力储备系数η来限制叶片叶尖振动。本发明专利技术还提供一种执行上述方法的确定装置。本发明专利技术可以对航空发动机转子叶片叶尖振动限制进行确定。

【技术实现步骤摘要】
航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置
本专利技术涉及一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法，以及一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定装置
技术介绍
在航空涡轮发动机中，叶片容易产生振动。统计资料说明，叶片的损坏事故(裂纹、折断等)，绝大多数是由于振动引起的。振动应力是判断叶片能否承受这种振动或者估算叶片寿命的依据。叶片测振领域的典型方法是通过粘贴电阻应变片来对旋转叶片进行状态监测，通过对叶片振动时的动态应力值和振动频率进行测量，进而评估叶片的运行状态。然而旋转叶片多为高温、高压、有冲击载荷、高转速等工况，在如此复杂的环境中难以保证应变片测量的可靠性，容易产生贴片信号失效的情况。同时，黏贴应变片的方法还存在以下问题：1)应变片破坏了叶片自身的动态性能，甚至影响气动效率；2)对贴片位置要求很高，不同的黏贴位置应力值可能相差数倍；3)难以在整机中对整级叶片全部测量，考虑不了叶片的分散性，产生监测隐患。因此，采用非接触式叶片振动监测技术具有很大的优势，目前广泛使用的非接触式测量方法是叶尖定时法，通过安装在固体机匣上的传感器测量旋转叶片到达传感器的时间和理论到达时间的超前和滞后来分析叶片的振动情况。在航空发动机试验过程中，为确保试验件的安全运转，需要对叶片的振动应力实时监测，识别并判断振动应力是否超限。在遇到振动应力超限时，需要结合设计进行判断并制定措施，防止由于振动应力超限引起的叶片裂纹萌生及扩散进而导致的灾难性后果。所以，在采用叶尖定时法(BTT)监测叶片振动状态时，需要对叶片叶尖振动限制进行确定，包括评估叶片各个点的危险程度，或者设定叶尖振幅的限制值(包括警报值和限制值)，用于反映叶片上最危险点的状态，确保试验件安全运转。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种可以对航空发动机转子叶片叶尖振动限制进行确定的方法。本专利技术提供一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法，利用叶片振动疲劳试验获得的修正系数，乘以叶片材料的GoodMan曲线，从而确定叶片的GoodMan曲线，并对该GoodMan曲线设定安全系数；进行叶片静强度分析、模态分析，以获得不同转速下的静强度分析结果、模态分析结果；结合叶片的GoodMan曲线以及所述静强度分析结果得到的静应力，获得不同转速下叶片上各点的许用振动应力；采用AF动应力储备系数η来评估叶片各个点的危险程度，其中，σAf表示叶片对应点在单位Af下的模态应力；σ许用表示对应点的许用振动应力；σ模态表示对应点的模态应力，A表示对应模态下的叶身最大位移，f表示叶片对应模态下的振动频率，σ模态、A、f由所述模态分析结果确定；计算叶片所有点的Af动应力储备系数η，η值越小，表示叶片上的该节点位置越危险，依据所述AF动应力储备系数η来限制叶片叶尖振动。在一个实施方式中，最危险点的Af动应力储备系数最小，标记为ηmin；根据模态分析结果，获取BTT传感器位置对应的叶尖位置的周向位移：U周向，确定叶尖振幅限制值，限制值包括警报值和极限值，极限值标记为u极限，警报值标记为u警报，u警报＝u极限*警报系数警报系数小于1。在一个实施方式中，所述安全系数为30％-50％。。在一个实施方式中，所述警报系数为0.75。在一个实施方式中，所述修正系数与叶片的尺寸、成型工艺和/或表面处理有关。在一个实施方式中，所述叶片静强度分析、模态分析采用有限元仿真方法进行。在一个实施方式中，所述有限元仿真方法的计算模型的材料参数设置成与温度相关联。本专利技术还提供一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定装置，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时能够利用上述方法获得的Af动应力储备系数η确定叶片上的点的危险程度，进而依据所述AF动应力储备系数η来限制叶片叶尖振动。本专利技术又提供一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定装置，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时能够利用上述方法获得的u极限、u警报确定叶尖振幅限制值。本专利技术所提供的航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置中，基于材料级GoodMan曲线也即叶片材料的GoodMan曲线，采用修正系数例如尺寸、锻造机加、表面处理修正系数等来获得叶片的零件级GoodMan曲线也即叶片的GoodMan曲线。其中，修正系数是在前期试验的基础上积累获得。从而可以避免进一步开展大批量叶片振动疲劳试验。其中采用AF动应力储备系数η来判断叶片上最危险点。其中，AF动应力储备系数η越小，该节点对应位置即越危险。在判断叶片上最危险点时，结合GoodMan曲线，考虑静强度对其影响。其中获得了叶尖振幅限制值，可以用于试验安全监控。不同转速、不同阶次下，该限制值的数值是不同的。通过确定叶尖振幅限制值，反映了叶片上最危险点的状态，为试验安全运转提供支撑。附图说明本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1是根据一个实施方式的确定方法的示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本专利技术的保护范围。例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的示例中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。需要注意的是，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合，并且所描述的步骤顺序也可以变换。本专利技术所涉及的航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法包含以下步骤：步骤一(图1中的S11)：利用叶片振动疲劳试验获得的修正系数a，乘以叶片材料的GoodMan曲线，从而确定叶片的GoodMan曲线，并对该GoodMan曲线设定安全系数b。叶片材料的GoodMan曲线或者称之为材料级GoodMan曲线例如可以通过查询材料手册获得，若没有该曲线则至少需要查询获取所用材料的疲劳极限&拉伸极限。该数据可以反映与温度的相关性。其中的修正系数a例如可以通过查询振动疲劳试验库而获取，例如可以包括尺寸、锻造机加、表面处理修正系数等，也即，该修正系数a可以与叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法，其特征在于，/n利用叶片振动疲劳试验获得的修正系数，乘以叶片材料的GoodMan曲线，从而确定叶片的GoodMan曲线，并对该GoodMan曲线设定安全系数；/n进行叶片静强度分析、模态分析，以获得不同转速下的静强度分析结果、模态分析结果；/n结合叶片的GoodMan曲线以及所述静强度分析结果得到的静应力，获得不同转速下叶片上各点的许用振动应力；/n采用AF动应力储备系数η来评估叶片各个点的危险程度，/n其中，σ

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法，其特征在于，
利用叶片振动疲劳试验获得的修正系数，乘以叶片材料的GoodMan曲线，从而确定叶片的GoodMan曲线，并对该GoodMan曲线设定安全系数；
进行叶片静强度分析、模态分析，以获得不同转速下的静强度分析结果、模态分析结果；
结合叶片的GoodMan曲线以及所述静强度分析结果得到的静应力，获得不同转速下叶片上各点的许用振动应力；
采用AF动应力储备系数η来评估叶片各个点的危险程度，
其中，σAf表示叶片对应点在单位Af下的模态应力；σ许用表示对应点的许用振动应力；σ模态表示对应点的模态应力，A表示对应模态下的叶身最大位移，f表示叶片对应模态下的振动频率，σ模态、A、f由所述模态分析结果确定；计算叶片所有点的Af动应力储备系数η，



η值越小，表示叶片上的该节点位置越危险，
依据所述AF动应力储备系数η来限制叶片叶尖振动。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
最危险点的Af动应力储备系数最小，标记为ηmin；
根据模态分析结果，获取BTT传感器位置对应的叶尖位置的周向位移：U周向，
确定叶尖振幅限制值，限制值包括警报值和极限值，极限值标记为u极限，警报值标记为u警报，...

【专利技术属性】
技术研发人员：司武林，余学冉，孙燕杰，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31