航空發動機多級葉盤-軸系統扭轉耦合振動特性

摘要：針對多級葉盤轉子結構,考慮多級葉片彎曲變形和軸扭轉變形耦合作用,引入葉片離心剛化作用,建立了包含多葉片、2級葉盤和軸的耦合振動模型;應用哈密頓原理推導了多級葉盤-軸耦合振動微分方程組,通過數值積分方法得到了系統質量矩陣與剛度矩陣,進而求解出系統耦合模態;研究了葉盤固有頻率、葉片長度、葉盤間距、葉片扭轉角對振動特征的影響。研究結果表明:2級葉盤-軸系耦合振動包含3類耦合模態,各階模態頻率以葉盤固有頻率為邊界相互分離;葉片長度小于1 m時,耦合第1、2階頻率受軸半徑的影響較大,葉片長度超過1 m后,耦合第1、2階頻率受葉片長度的影響較大;在系統轉速為2 000 rad·s-1時,在不同葉盤間距下,耦合的3階模態頻率變化幅度分別降低5、3、7 Hz;轉速-頻率曲線存在明顯的頻率轉向特征,葉片扭轉角增加60°,轉向區域提高500 rad·s-1;2級葉盤系統會產生不同于單級葉盤的耦合模態,短葉片與長葉片均會對耦合頻率產生顯著影響;葉片扭轉角與葉盤間距的變化會使耦合區域移動,從而降低可能發生的危險共振。