一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空發(fā)動機模擬轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法。一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，包括以下步驟：S1. 取消轉(zhuǎn)子輪盤上的葉片，代之以外環(huán)凸臺，同時截去部分盤體內(nèi)環(huán)；S2. 二者結(jié)合以平衡葉片的動力學參數(shù)，并構(gòu)造相應(yīng)的等效設(shè)計平衡方程；S3. 使用數(shù)值計算方法用于平衡計算。本發(fā)明結(jié)合轉(zhuǎn)子不同葉片盤的結(jié)構(gòu)特點，將轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計流程化、參數(shù)化，使設(shè)計過程清晰、明確，降低設(shè)計對經(jīng)驗的依賴，極大地提高設(shè)計效率。本發(fā)明已應(yīng)用于某十余級轉(zhuǎn)子的核心機模擬轉(zhuǎn)子等效設(shè)計，仿真計算表明，真實轉(zhuǎn)子與模擬轉(zhuǎn)子的動力特性各參數(shù)誤差小于5%。
【專利說明】
一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機模擬轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及 一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 所有的轉(zhuǎn)子設(shè)計都要經(jīng)歷理論計算與實驗驗證的反復論證，而采用真實轉(zhuǎn)子來驗 證轉(zhuǎn)子動力特性，所耗費的加工、實驗成本較高，因此通常采用與真實轉(zhuǎn)子動力特性等效、 且成本較低的模擬轉(zhuǎn)子來進行驗證實驗。這種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計，需保證轉(zhuǎn)子零件剛 性、質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)一致。常規(guī)的等效設(shè)計方法是:取消轉(zhuǎn)子葉片等難以加工的 結(jié)構(gòu)，在盤體外環(huán)增加凸臺，然后通過打孔等去除材料的方法試湊質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等 參數(shù)的等效。試湊法簡單，易于執(zhí)行，但同時匹配這些參數(shù)困難較大，對經(jīng)驗依賴度高，其在 精度控制、設(shè)計效率等方面均存在一定的局限性。
[0003] 試湊法簡單，易于執(zhí)行，但同時匹配質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量數(shù)困難較大；在精度控 制、設(shè)計效率等方面均存在一定的局限性，制約了其在多級轉(zhuǎn)子等效設(shè)計中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè) 計方法，將轉(zhuǎn)子葉片的質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量匹配到模擬轉(zhuǎn)子中，保證模擬轉(zhuǎn)子動力特性與 原轉(zhuǎn)子等效，提高等效設(shè)計精度及設(shè)計效率，解決當前等效設(shè)計手段的局限性。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方 法，其中，包括以下步驟：
[0006] S1.取消轉(zhuǎn)子輪盤上的葉片，代之以外環(huán)凸臺，同時截去部分盤體內(nèi)環(huán)；
[0007] S2.二者結(jié)合以平衡葉片的動力學參數(shù)，并構(gòu)造相應(yīng)的等效設(shè)計平衡方程；
[0008] S3.使用數(shù)值計算方法用于平衡計算。
[0009] 本發(fā)明中，以質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量計算理論為基礎(chǔ)，結(jié)合葉片盤結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)相應(yīng) 的結(jié)構(gòu)處理后構(gòu)造等效計算平衡方程，應(yīng)用數(shù)值解法獲得等效解。
[0010] 具體的，轉(zhuǎn)子葉片盤主要有兩種結(jié)構(gòu)型式。
[0011] 整體式葉片盤，方案一，所述的步驟S1、S2中，先從葉根切除葉片，然后增加外環(huán)凸 臺，同時截去部分內(nèi)環(huán);增加的外環(huán)凸臺與截去的內(nèi)環(huán)共同用于平衡葉片的動力學參數(shù)。
[0012] 榫槽式葉片盤，方案二，所述的步驟S1、S2中，先去除葉片、填平榫槽、然后增加外 環(huán)凸臺，同時截去部分內(nèi)環(huán)，三者結(jié)合以平衡葉片的動力學參數(shù)。
[0013] 所述的步驟S3中，
[0014] 質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量;各參數(shù)計算依據(jù)理論力學，假定以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的計算見公 式(1)、（2)、（3);公式中各參數(shù)的意義是 :111質(zhì)量、1質(zhì)心、1\。轉(zhuǎn)動慣量^密度、(^體積分；

[0018] e是質(zhì)心控制參量，a、d確定該環(huán)形凸臺的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量;直線yl是輪盤外環(huán)截 面輪廓線，直線y2由d確定;增加的外環(huán)凸臺和截去的內(nèi)環(huán)按所述的公式（1)、（2)、（3)分別 計算質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量，所得結(jié)果與原始葉片參數(shù)相減獲得平衡方程，控制a、d、e參數(shù)可 以獲得方程較高精度的逼近解。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:本發(fā)明結(jié)合轉(zhuǎn)子不同葉片盤的結(jié)構(gòu)特點，將轉(zhuǎn)子動 力特性等效設(shè)計流程化、參數(shù)化，使設(shè)計過程清晰、明確，降低設(shè)計對經(jīng)驗的依賴，極大地提 高設(shè)計效率。本發(fā)明已應(yīng)用于某十余級轉(zhuǎn)子的核心機模擬轉(zhuǎn)子等效設(shè)計，仿真計算表明，真 實轉(zhuǎn)子與模擬轉(zhuǎn)子的動力特性各參數(shù)誤差小于5%。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明方案一處理前結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2是本發(fā)明方案一處理后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明方案二處理前結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明方案二處理后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明計算軸線示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明計算流程示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明葉片盤外環(huán)處理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖8是本發(fā)明迭代法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制;為了更好說明本實施例，附 圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸;對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性 說明，不能理解為對本專利的限制。
[0029] 一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其中，包括以下步驟：
[0030] S1.取消轉(zhuǎn)子輪盤上的葉片，代之以外環(huán)凸臺，同時截去部分盤體內(nèi)環(huán)；
[0031] S2.二者結(jié)合以平衡葉片的動力學參數(shù)，并構(gòu)造相應(yīng)的等效設(shè)計平衡方程；
[0032] S3.使用數(shù)值計算方法用于平衡計算。
[0033]本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)子動力學參數(shù)包括:質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量。各參數(shù)計算依據(jù)理論 力學，假定以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的計算見公式（1)、（2)、（3)。公式中各參數(shù)的意義是:111質(zhì)量、1質(zhì) 心、I x。轉(zhuǎn)動慣量、P密度、dv體積分。

[0037] 具體的，轉(zhuǎn)子葉片盤主要有兩種結(jié)構(gòu)型式。
[0038] 如圖1、2所示，整體式葉片盤，見圖1、2中方案一:先從葉根切除葉片1，然后增加外 環(huán)凸臺2,同時在3處截去部分內(nèi)環(huán)。增加的外環(huán)凸臺與截去的內(nèi)環(huán)共同用于平衡葉片的動 力學參數(shù)。
[0039] 如圖3、4所示，榫槽式葉片盤，見圖3、4中方案二:先去除葉片、填平榫槽、然后增加 外環(huán)凸臺4,同時在5處截去部分內(nèi)環(huán)，三者結(jié)合以平衡葉片的動力學參數(shù)。
[0040] 如圖5、6所示，e是質(zhì)心控制參量，a、d確定該環(huán)形凸臺的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量;直線yl 是輪盤外環(huán)截面輪廓線，直線72由(1確定。增加的外環(huán)凸臺和截去的內(nèi)環(huán)按上文所述的公式 (1)、（2)、（3)分別計算質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量，所得結(jié)果與原始葉片參數(shù)相減獲得平衡方程， 控制a、d、e參數(shù)可以獲得方程較高精度的逼近解。
[0041] 如圖7所示，根切葉片后外環(huán)截線通常如圖7中1所示曲線。為了獲得如圖5中yl那 樣簡單的形式，必須對處環(huán)進行處理，如圖7中3所示:填平凹處，截去凸處，最終形成圖7中2 所示的直線。帶榫槽輪盤直接獲得yl。
[0042]如圖8所示，根據(jù)上述方法獲得的等效平衡方程難以獲得解析解，需要數(shù)值解法。 數(shù)值解法不唯一，如下所示的是迭代法流程，下面對該方法作一簡要說明。先對未知參數(shù)a， d，e設(shè)定迭代步長ao，do，eo，代入平衡方程，判斷方程的結(jié)果是否滿足逼近精度要求，滿足則 輸出a，d，e，不滿足則循環(huán)增加各參數(shù)步長，直至獲得理想解。
[0043]本實施例中，以此實現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)子與真實轉(zhuǎn)子的動力特性等效，以較低的制造、實驗 成本驗證真實轉(zhuǎn)子的動力特性。
[0044]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于，包括W下步驟：51. 取消轉(zhuǎn)子輪盤上的葉片，代之W外環(huán)凸臺，同時截去部分盤體內(nèi)環(huán)；52. 二者結(jié)合W平衡葉片的動力學參數(shù)，并構(gòu)造相應(yīng)的等效設(shè)計平衡方程；53. 使用數(shù)值計算方法用于平衡計算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于:轉(zhuǎn)子葉片盤包 括有兩種結(jié)構(gòu)型式，整體式葉片盤或禪槽式葉片盤。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子葉 片盤為整體式葉片盤，步驟S1、S2中，先從葉根切除葉片，然后增加外環(huán)凸臺，同時截去部分 內(nèi)環(huán);增加的外環(huán)凸臺與截去的內(nèi)環(huán)共同用于平衡葉片的動力學參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子葉 片盤為禪槽式葉片盤，步驟S1、S2中，先去除葉片、填平禪槽、然后增加外環(huán)凸臺，同時截去 部分內(nèi)環(huán)，Ξ者結(jié)合W平衡葉片的動力學參數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于:所述的步驟S3 中， 質(zhì)量、質(zhì)屯、、轉(zhuǎn)動慣量；各參數(shù)計算依據(jù)理論力學，假定Wx軸為旋轉(zhuǎn)軸的計算見公式 (1)、（2)、（3);公式中各參數(shù)的意義是:111質(zhì)量、^。質(zhì)屯、、1、。轉(zhuǎn)動慣量、0密度、(^體積分；e是質(zhì)屯、控制參量，a、d確定該環(huán)形凸臺的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量;直線yl是輪盤外環(huán)截面輪 廓線，直線y2由加角定;增加的外環(huán)凸臺和截去的內(nèi)環(huán)按所述的公式（1)、（2)、（3)分別計算 質(zhì)量、質(zhì)屯、、轉(zhuǎn)動慣量，所得結(jié)果與原始葉片參數(shù)相減獲得平衡方程，控制a、d、e參數(shù)可W獲 得方程較高精度的逼近解。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種轉(zhuǎn)子動力特性等效設(shè)計方法，其特征在于:通過迭代法獲 得理想解:先對未知參數(shù)a，d，e設(shè)定迭代步長ao，do，eo，代入平衡方程，判斷方程的結(jié)果是否 滿足逼近精度要求，滿足則輸出a，d，e，不滿足則循環(huán)增加各參數(shù)步長，直至獲得理想解。
【文檔編號】G06F17/50GK106096103SQ201610387367
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610387367.2, CN 106096103 A, CN 106096103A, CN 201610387367, CN-A-106096103, CN106096103 A, CN106096103A, CN201610387367, CN201610387367.2
【發(fā)明人】呂順日, 陳路, 朱瑩, 甘錦譽, 晁愛芳, 賀飛
【申請人】中國航空動力機械研究所