[发明专利]一种航空发动机叶片动频计算方法和装置

说明书

本发明涉及一种航空发动机叶片动频计算方法和装置，包括：获取航空发动机叶片的工作转速；将所述工作转速代入预存的能量函数中进行求解，得到航空发动机叶片的动频；其中，所述能量函数，基于航空发动机叶片的旋转动能和旋转势能构建的动频关于工作转速的函数。本发明能够准确的计算叶片动频，进而为指导和完善叶片的设计提供帮助，避免工作时航空发动机叶片共振现象的发生。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片设计领域，尤其涉及一种航空发动机叶片动频计算方法和装置。

背景技术

叶片作为航空发动机的关键部件，在高速旋转过程中承受多种载荷的作用。当叶片旋转时的频率与叶片承受的激励载荷的频率接近时，叶片极易发生共振。据统计显示，众多航空发动机故障是由叶片的振动引起的，因此亟需对航空发动机叶片的动频进行研究，从理论上指导和完善航空发动机叶片的设计。

目前常用经验公式来计算航空发动机叶片的动频。其中，f₀为发动机叶片静频，即发动机叶片静止时的固有频率，B为动频影响系数，w为发动机叶片动频，Ω为发动机叶片的工作转速。

但是，经验公式未考虑叶片实际结构，动频影响系数估算误差较大，动频计算结果与实际存在较大差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空发动机叶片动频计算方法和装置，以解决利用经验公式计算叶片动频不准确的问题，进而指导和完善叶片的设计，避免工作中叶片共振现象的发生。

第一方面，本发明实施例提供一种航空发动机叶片动频计算方法，所述方法包括：

获取航空发动机叶片的工作转速；

将所述工作转速代入预存的能量函数中进行求解，得到航空发动机叶片的动频；

其中，所述能量函数为基于航空发动机叶片的旋转动能和旋转势能构建的动频关于工作转速的函数。

根据本发明提供的航空发动机叶片动频计算方法，所述能量函数的构建过程，包括：

针对航空发动机叶片，构建惯性坐标系、旋转坐标系和截面坐标系；

根据一阶剪切变形理论和所述航空发动机叶片的旋转角，并结合所述惯性坐标系、所述旋转坐标系和所述截面坐标系，确定所述航空发动机叶片的旋转动能；

基于预存的势能定理公式，确定所述航空发动机叶片的旋转势能；

利用所述航空发动机叶片的旋转动能和旋转势能，生成所述能量函数；

其中，所述惯性坐标系，是以轮毂中心O为原点，以所述航空发动机叶片静止状态下的中面中心线为X轴，以轮毂转轴为Z轴，并以穿过轮毂中心O且垂直于XOZ面轴线为Y轴建立的；

所述旋转坐标系，是以所述航空发动机叶片的中面中心线与轮毂的接触点O’为原点，以叶片中面中心线为X0轴，以穿过O’且平行于轮毂转轴的轴线为Z0轴，并以穿过O’且垂直于X0O’Z0面的轴线为Y0轴建立的；

所述截面坐标系，以所述航空发动机叶片的中面中心线上与O’点距离为的O”点为原点，以叶片中面中心线为X’轴，以穿过O”且与Z0轴夹角为γ的轴线为Z’轴，并以穿过O”且与X’O”Z’平面垂直的轴线为Y’轴建立的；γ为O”点相对于轮毂的斜度。

根据本发明提供的航空发动机叶片动频计算方法，所述根据一阶剪切变形理论和所述航空发动机叶片的旋转角，并结合所述惯性坐标系、所述旋转坐标系和所述截面坐标系，确定所述航空发动机叶片的旋转动能，包括：

根据所述航空发动机叶片的旋转角，并结合所述惯性坐标系、所述旋转坐标系和所述截面坐标系，确定所述惯性坐标系下所述航空发动机叶片的位置函数；

基于所述一阶剪切变形理论，对所述位置函数进行变形，得到变形后的位置函数；