Розрахунок критичної швидкості флаттера пера лопатки вентилятора

Abstract

Тенденція створення сучасного газотурбінного двигуна вимагає скорочення термінів розробки, що включають: проектування, виготовлення та доведення. Розробник прагне зменшити витрати на доведення, що передбачає зміни у конструкції та відповідні витрати на доробки. Особлива увага приділяється основним елементам конструкції двигуна, таким як вентилятор, компресор та турбіна. Існує тенденція розробки алгоритмів прогнозування явищ, що виключають резонансні та нестійкі режими роботи елементів конструкції двигуна на етапі проектування. Що у свою чергу може суттєво зменшити витрати та час на проведення та скорочення робіт з тензометрування, що включають: препарування, придбання та підключення спеціального обладнання, такого як струмознімач сигналів тензорезисторів. І відповідно проведення натурних випробувань двигуна, з можливими повторами, після передбачуваних допрацювань елементів конструкції. У цій роботі пропонуються деякі напрацювання, що передбачають розвиток такого виду прогнозування на етапі проектування. За результатами чисельного моделювання визначено власні частоти згинальних та крутильних коливань бандажованої лопатки вентилятора вище бандажної полиці. Отримані результати добре узгоджуються з результатами моделювання коливань лопаткового вінця у зборі з диском. До того ж власні частоти підтверджені результатами акустичної перевірки, а виникнення на них підвищеної напруги проявилися при тензометруванні та використанні альтернативних методів на натурних випробуваннях двигуна. За допомогою розрахунку критичної швидкості флаттера лопатки вентилятора та її залежності від відносної швидкості обтікання периферійного перерізу профілю лопатки та відносної швидкості на радіусі бандажної полиці, визначено можливість виникнення, на робочому режимі, автоколивання ділянки пера лопатки, що знаходиться вище бандажної полиці, за типом згинально-крутильного.

The tendency to create modern gas turbine engines requires shortening the development time, which includes: design, manufacturing, and finalization. Developers strive to reduce the cost of finalization, which involves changes in design and associated refinement costs. Special attention is given to the major engine design elements, such as the fan, compressor, and turbine. There is a tendency to develop algorithms to predict phenomena that exclude the resonant and unstable modes of operation of engine design elements at the design stage. This can significantly reduce the cost and time of conducting and reduce the work on strain gauging, including: dissection, purchase, and connection of special equipment, such as the current collector of strain gauge signals. Consequently, it can also reduce the time and cost of conducting engine field tests, with potential repetitions after the anticipated design modifications. In this article, some developments are suggested, assuming the development of this type of prediction during the design stage. According to the numerical modeling results, the natural frequencies of the bending and torsional vibrations of the bandaged fan blade above the bandage flange were determined. The obtained results correlate well with the modeling results for the vibrations of the blade ring assembled with the disk. In addition, the natural frequencies were confirmed by the results of acoustic testing, and the occurrence of increased stresses on them was demonstrated by strain gauging and the use of alternative methods in full-scale engine tests. By calculating the critical flutter speed of the fan blade and its dependence on the relative flow velocity of the peripheral section of the blade profile and the relative velocity at the radius of the bandage flange, the possibility of self-oscillations of the blade feather section above the bandage flange of the bending-torsional flutter type at any external perturbations in the operating mode was determined.