CN107829985A - 一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，包括以下步骤：步骤一：确定整台叶片排列方式；确定相邻叶片之间的频率差差；确定不同频率差成对叶片的排列位置；确定整台叶片的最大频率差；从而确定风扇转子整台叶片配频的要求；步骤二：叶片固有振动频率值的计算；步骤三：根据单台叶片频率选配的排布要求及相邻叶片频率差值，在型面轮廓分组计算的频率值中进行选择和判断，找出符合频率排布要求的组别。步骤四：调整叶身型面的相应截面轮廓厚度，实现整台叶片频率选配要求。

Description

一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法
技术领域
本发明属于航空发动机风扇叶片的制造领域，特别涉及一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法。
背景技术
风扇转子叶片是航空发动机中的重要零件，不仅在尺寸精度方面要求较为严格，同时还提出频率检测并按特定要求进行单台频率要求使用性能相关的技术要求。某型发动机风扇转子叶片材料为钛合金TC6，零件号分别为SA1，SA2，单台分别为17件，总计34件。设计图纸关于频率选配要求SA1，SA2叶片呈"锯齿状"排列，相邻叶片之间的频率差不小于9Hz，频率差不小于15HZ的成对叶片应间隔排列，整套叶片的最大频率差应不小于20Hz。SA1，SA2叶片设计图纸中叶片型面轮廓度要求为由于实际生产过程中按照轮廓公差带加工的零件频率测量值较为集中，SA1，SA2频率差值很难15HZ以上，因此不能满足频率选配要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，以解决实际生产过程中叶片频率差值很难15HZ以上，不能满足频率选配要求的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，包括以下步骤：
步骤一：确定整台叶片排列方式；确定相邻叶片之间的频率差差；确定不同频率差成对叶片的排列位置；确定整台叶片的最大频率差；从而确定风扇转子整台叶片配频的要求；
步骤二：叶片固有振动频率值的计算，具体步骤如下：
1)将叶片型面分为上半部和下半部，中间截面采用理论平均叶型数据；
2)通过叶片固有振动频率与叶片型面的长度、宽度和厚度的规律来调整叶片上半部和下半部的叶型公差带数据；
3)将调整后的叶型公差带数据分别进行三维实体建模；
4)通过有限元分析得到调整后的叶型公差带数据的叶片频率；
步骤三：根据单台叶片频率选配的排布要求及相邻叶片频率差值，在型面轮廓分组计算的频率值中进行选择和判断，找出符合频率排布要求的组别。
步骤四：调整叶身型面的相应截面轮廓厚度，实现整台叶片频率选配要求。
进一步的，步骤二中的规律为：叶片上半部的质量对频率的影响大于刚度对频率的影响，叶片上半部的减薄将提高叶片的频率，叶片下半部的减薄将降低叶片的频率。
进一步的，步骤四中风扇叶片型面轮廓度要求为
进一步的，步骤二中在设计图纸型面轮廓要求允许的公差范围内按线性变化规律进行分组计算，得到相应的频率值。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提供一种在叶片设计图纸关于叶身型面截面轮廓要求不变的情况下，在加工过程中对部分截面轮廓进行控制，以实现对叶片频率的修正，保证最终单台叶片的频率分布；本发明对于叶片单台生产或小批生产时，在数量有限的情况下，使用该方法可实现对叶片频率地调整，满足整台叶片的配频要求，有效地降低了生产成本。
附图说明
图1叶片结构示意图；
图2叶片型面轮廓示意图；
图3叶片固有振动频率分布示意图；
具体实施方式
航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，其步骤如下：
(1)风扇转子整台叶片配频要求的确定
风扇转子叶片的频率排布与发动机的振动有较大的关系，因振动而产生疲劳裂纹是叶片的常见故障之一。因此，设计图纸对风扇转子整台叶片配频提出如下要求：整台叶片排列方式；相邻叶片之间的频率差差；不同频率差成对叶片的排列位置；整台叶片的最大频率差等。某发动机风扇转子叶片材料为钛合金TC6，零件号分别为SA1，SA2，单台分别为17件，总计34件。风扇转子叶片SA1、SA2的型面轮廓度要求为在理论型面下的固有频率值分别为173.3Hz和185.6Hz。叶片结构如图1所示，叶片型面轮廓度要求如图2所示。
风扇转子整台叶片配频要求：①叶片SA1，SA2按一阶弯曲固有振动频率在盘上排列时，应按照"锯齿状"排列；②相邻叶片之间的频率差应不小于9Hz；③频率差不小于15Hz的成对叶片应按照间隔6、8、5、7个叶片或6、7、5、8个叶片排列；④在位于区域X1、X2、X3、X4中各有1处(共4处)相邻叶片的固有振动频率差允许不小于7Hz；⑤整套叶片的最大频率差应不小于20Hz。间隔一个叶片的叶片频率差不小于1Hz。整套叶片频率排布如图2所示。
(2)固有频率值计算
叶片固有振动频率与叶片型面的长度、宽度和厚度有一定关系。对叶片固有振动频率的修正，可以通过改变叶片的质量和刚性来达到。具体步骤如下：
1)将叶片型面分为上半部(Ⅰ～Ⅲ截面)和下半部(V～Ⅷ截面)，中间Ⅳ截面采用理论平均叶型数据；
2)根据我们得到的规律调整叶片上半部(Ⅰ～Ⅲ截面)和下半部(V～Ⅷ截面)的叶型公差带数据。该规律为：叶片上半部的质量对频率的影响大于刚度对频率的影响，叶片上半部的减薄将提高叶片的频率，叶片下半部的减薄将降低叶片的频率；
3)将调整后的叶型公差带数据分别进行三维实体建模；
4)通过有限元分析得到调整后的叶型公差带数据的叶片频率。
改变叶片的截面积或截面积沿叶高的变化量，可有效的改变叶片的固有频率。风扇转子叶片SA1、SA2设计图关于叶片型面轮廓度要求为在设计图纸型面轮廓要求允许的公差范围内按线性变化规律进行分组计算，得到相应的频率值。具体数值见表1：
表1风扇转子叶片SA1、SA2叶型调整数据及相应频率值
(3)频率分组方案选择
根据单台叶片频率选配的排布要求及相邻叶片频率差值，在型面轮廓分组计算的频率值中进行选择和判断，找出符合频率排布要求的组别。
风扇叶片SA1，SA2在理论叶型下的固有频率分别为173.3Hz和185.6Hz，频率差值为12.3Hz。因此单台叶片频率选配要求中“③频率差不小于15Hz的成对叶片应按照间隔6、8、5、7个叶片或6、7、5、8个叶片排列。⑤整套叶片的最大频率差应不小于20Hz”很难满足。
分析频率选配要求可知，单台叶片至少有4对(SA1、SA2各4片)满足频率差大于15Hz。由表1中SA1、SA2叶型调整数据及相应频率值可以看出：SA1中第6～9组的频率计算值为171.5～162.8Hz，SA2中第1～4组的频率计算值为198.5～188.3Hz，频率差值为16.8～35.7Hz。由此可知，叶片型面按照SA1中第6～9组和SA2中第1～4组进行控制，即可满足频率选配要求中③和⑤项要求。
(4)制定型面加工控制要求
通过调整SA1、SA2叶身型面的相应截面轮廓厚度，可以实现整台叶片频率选配要求。风扇叶片型面轮廓度要求为由于试验组别中存在型面轮廓接近-0.08(SA1中8、9组和SA2中1、2组)的情况，兼顾风扇转子叶片的强度以及生产过程的加工难度，因此优选SA1中第7组和SA2中第3组，其频率值分别为168.9Hz和191.7Hz，频率差值为22.8Hz，能够频率选配的要求。实际加工过程中，整台叶片中SA1和SA2各只需4片按照上述要求进行控制，即能满足整台叶片频率选配要求。SA1和SA2型面控制要求如表2所示。
表2风扇转子叶片SA1、SA2叶型控制要求

Claims (4)

1.一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定整台叶片排列方式；确定相邻叶片之间的频率差差；确定不同频率差成对叶片的排列位置；确定整台叶片的最大频率差；从而确定风扇转子整台叶片配频的要求；
步骤二：叶片固有振动频率值的计算，具体步骤如下：
1)将叶片型面分为上半部和下半部，中间截面采用理论平均叶型数据；
2)通过叶片固有振动频率与叶片型面的长度、宽度和厚度的规律来调整叶片上半部和下半部的叶型公差带数据；
3)将调整后的叶型公差带数据分别进行三维实体建模；
4)通过有限元分析得到调整后的叶型公差带数据的叶片频率；
步骤三：根据单台叶片频率选配的排布要求及相邻叶片频率差值，在型面轮廓分组计算的频率值中进行选择和判断，找出符合频率排布要求的组别；
步骤四：调整叶身型面的相应截面轮廓厚度，实现整台叶片频率选配要求。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，其特征在于，步骤二中的规律为：叶片上半部的质量对频率的影响大于刚度对频率的影响，叶片上半部的减薄将提高叶片的频率，叶片下半部的减薄将降低叶片的频率。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，其特征在于，步骤四中风扇叶片型面轮廓度要求为
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片固有频率的修正方法，其特征在于，步骤二中在设计图纸型面轮廓要求允许的公差范围内按线性变化规律进行分组计算，得到相应的频率值。
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