某發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪工作葉片振動(dòng)特性試驗(yàn)研究

范秀杰 劉 偉 劉 濤

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧 沈陽 110043）

1 前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪工作葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，它的功能主要是將燃?xì)獾膭?dòng)能與熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，渦輪轉(zhuǎn)子葉片作為一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的零部件，承受著很大的離心載荷、氣動(dòng)載荷及熱負(fù)荷，但影響葉片使用壽命的最重要因素是振動(dòng)與疲勞，通過研究葉片的振動(dòng)特性，來分析葉片振動(dòng)的主要因素，從而采取措施使葉片避開危險(xiǎn)工作狀態(tài)或減弱振動(dòng)對(duì)葉片的影響，以保證葉片的強(qiáng)度。

某發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪工作葉片為新研制葉片， 根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書要求，需對(duì)葉片進(jìn)行振動(dòng)特性測試，為葉片振動(dòng)監(jiān)測、故障分析及排故提供依據(jù)。

2 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)由電磁振動(dòng)臺(tái)、應(yīng)力測量系統(tǒng)、振幅測量系統(tǒng)等組成。

3 試驗(yàn)件及試驗(yàn)狀態(tài)

3.1 高渦葉片試驗(yàn)件由生產(chǎn)廠提供，振動(dòng)特性試驗(yàn)前進(jìn)行葉片稱重。

圖1 一階彎曲振型

圖2 一階扭轉(zhuǎn)振型

圖3 應(yīng)變片粘貼位置示意圖

表1 1# 葉片一階彎曲應(yīng)力分布相對(duì)值（頻率：1950Hz）

表2 1# 葉片一階扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布相對(duì)值（頻率：3451Hz）

3.2 葉片頻率測量范圍：600Hz～ 10000Hz。

3.3 計(jì)算參考值：一階頻率：2307Hz；二階頻率：3740Hz；三階頻率：8284Hz。

3.4 邊界條件：葉片榫頭處夾緊。

3.5 試驗(yàn)溫度：室溫。

4 振動(dòng)特性試驗(yàn)

4.1 高壓渦輪工作葉片固有頻率測試

由于葉片頻率較高，電磁振動(dòng)臺(tái)頻率范圍無法滿足試驗(yàn)要求，故采用敲擊法進(jìn)行葉片高頻測試研究，即通過振動(dòng)信號(hào)分析系統(tǒng)對(duì)敲擊葉片產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行自譜分析，根據(jù)試驗(yàn)要求計(jì)算出葉片的前三階固有頻率。

4.2 高壓渦輪工作葉片振型試測試

采用電磁振動(dòng)臺(tái)拋砂法進(jìn)行葉片振型測試，調(diào)整電磁振動(dòng)臺(tái)激振頻率，當(dāng)激振頻率等于葉片的固有頻率時(shí)，葉片產(chǎn)生共振，同時(shí)葉身出現(xiàn)明顯的振型，由于振動(dòng)臺(tái)頻率范圍有限，葉片第三階頻率較高（f3=8361Hz），故振型無法做出。前兩階振型如圖1、圖2所示。

4.3 高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)力分布測試

在一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)振型下分別測量葉片葉身表面的應(yīng)力分布情況。應(yīng)變片粘貼位置如圖3所示。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 本次試驗(yàn)共選用2片葉片進(jìn)行，通過數(shù)據(jù)分析和對(duì)比，兩片葉片的應(yīng)力分布和振型完全一致。

5.2 葉片一階彎曲應(yīng)力最大點(diǎn)在葉片葉盆進(jìn)氣邊根部。

5.3 葉片一階扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大點(diǎn)在葉片葉盆進(jìn)氣邊距根部10mm處。

[1]謝慶華，張寧蓉，張凱.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)一級(jí)高壓渦輪葉片三維有限元振動(dòng)特性分析[J].航空維修與工程，2013（01）：75-78.