[发明专利]整体叶盘的阻尼结构减振设计方法

说明书

本公开提供了一种整体叶盘的阻尼结构减振设计方法，其包括：根据整体叶盘模型，选取阻尼器的安装位置范围；确定激振力范围和选取振动幅值监测点；确定接触面和正压力范围；在激振力、正压力和不同阻尼器安装位置下，计算监测点的振动幅值；确定最优无量纲正压力，无量纲正压力为正压力与激振力的比值；以及根据最优无量纲正压力，确定阻尼器的最佳安装位置和最优质量。

技术领域

本公开属于航空发动机整体叶盘减振结构设计技术领域，尤其涉及一种整体叶盘的阻尼结构减振设计方法。

背景技术

整体叶盘结构是高性能航空发动机转子中的一项新型结构，已经开始在发动机风扇、压气机、涡轮上广泛采用。整体叶盘技术具有较好的工程应用价值：可减轻转子重量，提高发动机推重比；可提高发动机的耐久性和可靠性，减少故障发生率，延长了转子的寿命；可提高气动性能和工作效率。

整体叶盘虽然有上述优点，但同时存在严重的振动及疲劳破坏问题：(1)与榫连叶盘的轮盘相比，轮盘与叶片刚度相差较少，容易发生盘片耦合振动；(2)不存在连接结构与接触摩擦，内部阻尼非常小，在极端运行环境下会产生高应力水平的振动和共振，容易引发高周疲劳现象甚至失效。

目前，整体叶盘的减振技术大致可以分为五类：摩擦阻尼器减振、涂层阻尼减振、压电阻尼减振、粒子阻尼减振及其它减振方法。

摩擦阻尼减振是目前主流的叶盘减振方法，研究成果和应用成果都较多。按照安装位置，加装在叶片上的摩擦阻尼器有叶片缘板阻尼器和叶冠阻尼器；安装在轮盘上的有摩擦阻尼环、阻尼销和指式阻尼器。从技术成熟度角度而言，摩擦阻尼器的方式是解决工程应用主要或首选减振方式。

稳定且能满足特殊需求的涂层阻尼是目前研究的热点，可以分为硬涂层和粘弹性涂层，它们适用于不同的环境，但是涂层阻尼只对某些振型敏感例如前三阶，消耗快，并且其抵抗发动机流道内恶劣环境的能力有待提高，通常会结合使用，并且涂层厚度不宜太厚，否则影响气动效率。

压电阻尼减振也是一种常见的减振技术，可分为被动、主动和半主动压电电路阻尼减振。因为精简的结构，其对外部电源和控制的要求较低。被动压电相比主动和半主动压电电路更实用，研究成果也最多。但在工程应用中还需要解决器件安装以及宽频域振动抑制等的问题。

粒子阻尼减振作为摩擦阻尼器的一个验身，也是值得考虑和研究的减振解决方案。不过，粒子阻尼器产生噪声较大，将其应用于高速旋转的叶盘结构中，仍需探讨粒子的选材、放置位置以及粒子在大的离心载荷下能量耗散能力。

其他减振方法还包括涡流阻尼器、冲击阻尼器等。

此外，从造价来看，压电材料造价最高，其次是涂层技术，再其次是摩擦阻尼结构。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种整体叶盘的阻尼结构减振设计方法，其包括：根据整体叶盘模型，选取阻尼器的安装位置范围；确定激振力范围和选取振动幅值监测点；确定接触面和正压力范围；在激振力、正压力和不同阻尼器安装位置下，计算监测点的振动幅值；确定最优无量纲正压力，无量纲正压力为正压力与激振力的比值；以及根据最优无量纲正压力，确定阻尼器的最佳安装位置和最优质量。

根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括确定所述阻尼器的接触摩擦系数。

根据本公开的至少一个实施方式，最优无量纲正压力为相对幅值最低时所对应的无量纲正压力，相对幅值为所述监测点在安装所述阻尼器后的振动幅值与未安装所述阻尼器的振动幅值的比值。

根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括确定计算振动幅值所需的计算模型，计算模型为整体局部滑动模型。

根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括确定计算振动幅值所需的仿真方法，仿真方法为有限元法。

根据本公开的至少一个实施方式，激振力的范围为5N～10N。