一种航空发动机整体叶盘阻尼环及具有其的减振结构制造技术

本申请提供了一种航空发动机整体叶盘阻尼环，该阻尼环由N段较小半径阻尼环和N段较大半径阻尼环拼接形成N边形圆角结构，N≥3且属于自然数，所述较小半径阻尼环和较大半径阻尼环之间光滑过渡，所述阻尼环安装在整体叶盘安装槽内是，所述较小半径阻尼环的各顶点与整体叶盘安装槽的内径相切。本申请提出的新型阻尼环结构在静态安装条件下除相切点外，其他位置与安装槽存在一定间隙，随轮盘转速提高，在离心作用下新型阻尼环周向应力和周向变形不断增大，从而逐渐向安装槽靠拢，接触面积和接触应力不断增大，可以持续发生相对摩擦运动，摩擦减振效果不断增强，显著降低了高转速条件下新型阻尼环与叶盘安装槽之间的接触压力，起到更好的减振作用。更好的减振作用。更好的减振作用。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机整体叶盘阻尼环及具有其的减振结构


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种航空发动机整体叶盘阻尼环及具有其的减振结构。

技术介绍

[0002]与传统榫连叶盘结构相比，整体叶盘的盘体更薄，盘叶耦合性更强，同时无榫结构设计大大减少了盘叶振动阻尼，因此盘叶耦合振动问题更为突出。
[0003]如图1所示，为了改善盘叶振动问题，通常在支撑叶片1的整体叶盘2的安装边位置设置阻尼环3形成减振结构，利用盘叶耦合振动过程中阻尼环3和安装边之间的摩擦耗能来降低整体叶盘2的振动情况，图2所示为典型矩形截面的阻尼环示意图。
[0004]如图3所示，叶片缘板阻尼器试验结果表明，在一扭振型下，叶片峰值响应幅值随阻尼器接触压力的增大呈先减小后增大的规律，且该规律随激振力F的增大而更为显著，不利于叶片减振。
[0005]相似地，根据整体叶盘动测试验结果，在较高转速条件下，阻尼环与叶盘安装槽之间存在较大的接触压力，难以发生相对摩擦运动，无法对整体叶盘进行有效的减振，减振效果差。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供了一种航空发动机整体叶盘阻尼环及具有其的减振结构，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0007]本申请的技术方案是：一种航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述阻尼环由N段较小半径阻尼环和N段较大半径阻尼环拼接形成N边形圆角结构，N≥3且属于自然数，所述较小半径阻尼环和较大半径阻尼环之间光滑过渡，所述阻尼环安装在整体叶盘安装槽内是，所述较小半径阻尼环的各顶点与整体叶盘安装槽的内径相切。
[0008]进一步的，所述较小半径阻尼环的各顶点与所述整体叶盘安装槽的内径相切点过盈配合。
[0009]进一步的，所述阻尼环具有开口，且所述开口的位置位于所述较大半径阻尼环部分。
[0010]进一步的，所述阻尼环的内切圆和外切圆半径之差小于用于安装所述阻尼环的整体叶盘安装槽的深度。
[0011]进一步的，所述阻尼环的尺寸满足：
[0012][0013]式中，N为阻尼环的圆角结构数量，N≥3；
[0014]R1为各较小半径阻尼环的外径值；
[0015]θ1为各较小半径阻尼环的外径值对应的弧度；
[0016]R2为各较大半径阻尼环的外径值；
[0017]θ2为各较大半径阻尼环的外径值对应的弧度；
[0018]R为整体叶盘安装槽内径。
[0019]进一步的，所述阻尼环在离心转速作用下较大半径阻尼环能够与整体叶盘安装槽的内径相贴合，所述离心转速满足：
[0020][0021]式中，E为材料的弹性模量；
[0022]Δ为开口量；
[0023]ρ为整体叶盘材料密度。
[0024]进一步的，所述阻尼环的截面包括圆形和矩形。
[0025]此外，本申请还提供了一种航空发动机整体叶盘减振结构，该减振结构包括：
[0026]叶片；
[0027]用于安装所述叶片的整体叶盘；以及
[0028]位于所述叶盘至少一侧安装边凹槽内的阻尼环，所述阻尼环采用如权利要求1至7中任一项所述的航空发动机整体叶盘阻尼环。
[0029]本申请提出的新型阻尼环结构，在静态安装条件下除相切点外，其他位置与安装槽存在一定间隙，随轮盘转速提高，在离心作用下新型阻尼环周向应力和周向变形不断增大，从而逐渐向安装槽靠拢，接触面积和接触应力不断增大，摩擦减振效果不断增强。通过此方式，显著降低了高转速条件下新型阻尼环与叶盘安装槽之间的接触压力，保证新型阻尼环可以持续发生相对摩擦运动，从而对叶片起到更好的减振作用。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0031]图1为现有技术中的整体叶盘和阻尼环配合示意图。
[0032]图2为现有技术中典型矩形截面的阻尼环结构示意图。
[0033]图3为阻尼器接触压力和叶片响应幅值对应关系示意图。
[0034]图4为整体叶盘与传统阻尼环之间接触压力示意图。
[0035]图5为本申请的新型阻尼环结构及装配示意图。
[0036]图6为本申请的新型阻尼环结构尺寸设计分析示意图。
[0037]图7为本申请的新型阻尼环受力示意图。
具体实施方式
[0038]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0039]为了使阻尼环与整体叶盘安装槽之间的接触压力在较高转速条件下保持在适当的水平，既能够发生相对摩擦从而消耗能量，又保证对整体叶盘起到有效的减振作用，本申请中提出了一种阻尼环结构。
[0040]本申请中以截面为长方形的阻尼环为例进行说明。
[0041]图1中所示的传统开口式阻尼环结构在自由状态下的名义半径通常大于对应安装槽的内径，装配后在弹性张力的作用下阻尼环将紧贴于安装槽；同时在旋转离心力的作用下，阻尼环将与叶盘接触更加紧密，形成一个共同工作的接触系统。
[0042]如图4左图所示，在阻尼环装入安装槽后，它们之间的接触压力沿着圆周方向呈梨形分布，但是由于使用中的阻尼环开口量一般较小，可认为压力沿圆周是均匀分布。通过推导可以得到弹性张力作用下阻尼环的接触应力为：
[0043][0044]式中，b和h分别为阻尼环横截面的高和宽，Δ为阻尼环装入安装槽前后开口量的变化，R0和R分别为阻尼环的平均半径和外径，E和G分别为材料的弹性模量和剪切模量，K
γ
为截面的形状系数，当横截面是矩形时取1.2。
[0045]在叶盘旋转过程中，阻尼环在离心力作用下与安装槽间的接触应力如图4右图所示，接触应力为：
[0046][0047]式中各参数意义与上述过程一致。
[0048]当参数中取b＝h＝20mm，R＝300mm，E＝110GPa，G＝40GPa，ω＝10000r/min，带入可得σ
弹
＝8.43
×
10
‑5ΔMPa(Δ单位为mm)，σ
离
＝26.58MPa。可以看出，离心力作用下产生的接触压力显著大于弹性张力作用下产生的接触压力，即接触压力以离心作用贡献为主。
[0049]为减小离心产生的接触压力，本申请中提出的新型阻尼环结构，如图5所示，该新型阻尼环4具有如下特征：
[0050]1)新型阻尼环4由N段小半径阻尼环41和N段大半径阻尼环42拼接形成N边形圆角结构，且小半径阻尼环41和大半径阻尼环42中间光滑过渡；其中，小半径阻尼环41和大半径阻尼环42可通过焊接的方式进行拼接，也可以通过预先设计、一体加工的方式形成；
[0051]2)安装后小半径阻尼环41的各顶点与整体叶盘的安装槽内径相切，各顶点与安装槽内径相切点具备初始过盈以保证阻尼环定心稳定；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述阻尼环由N段较小半径阻尼环和N段较大半径阻尼环拼接形成N边形圆角结构，N≥3且属于自然数，所述较小半径阻尼环和较大半径阻尼环之间光滑过渡，所述阻尼环安装在整体叶盘安装槽内是，所述较小半径阻尼环的各顶点与整体叶盘安装槽的内径相切。2.如权利要求1所述的航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述较小半径阻尼环的各顶点与所述整体叶盘安装槽的内径相切点过盈配合。3.如权利要求1所述的航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述阻尼环具有开口，且所述开口的位置位于所述较大半径阻尼环部分。4.如权利要求1所述的航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述阻尼环的内切圆和外切圆半径之差小于用于安装所述阻尼环的整体叶盘安装槽的深度。5.如权利要求1至4任一所述的航空发动机整体叶盘阻尼环，其特征在于，所述阻尼环的尺寸满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜青，刘一雄，张建，郭勇，丛佩红，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：