SU1359698A2 - Способ исследовани аэродинамической св зности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить достоверность определени  запаса аэроупругой устойчивости лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке. Дл  зтого воздействуют на лопатки 3 синусоидальными акустическими волнами, задаваемыми от задаю (Л 00 ел со 05 со сх го

Description

1359

щего генератора 9 через фазовращатель 10 и усилитель 12 в проточную tecть аэродинамической трубы 1 с частотой., равной частоте колебаний опорной лопатки. Задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опорной лопатки, измен ют его в пределах до 21Т рад и по изменению

Изобретение относитс  к испытательной технике, в частности к способам определени  запаса аэроупругой устойчивости лопаток в лопаточном венце турбомашины по экспериментальному исследованию аэродинамической св зности колебаний лопаток одиночной решетки в потоке.

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние достоверности определени , запаса аэроупругой устойчивости лопаток путем вы влени  в одиночной решетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамического демпфировани  лопаток.

На фиг.1 изображена блок-схема дл . осуществлени  предлагаемого способа исследовани  аэродинамической св зности колебаний лопаток в потоке на фиг.2 - график зависимости аэродинамического декремента &д колебаний лопаток одиночной .плоской решетки от сдвига фаз q), колебаний соседних лопаток .

В проточной части дозвуковой аэродинамической трубы 1 устанавливают две группы лопаток 2 одиночной плоской решетки, закрепл емых неподвижно с двух сторон проточной Части аэродинамической трубы 1. Группу консольных лопаток 3, состо щую из трех (или более ) .лопаток, вывешивают на независи- мьпс струнных подвесках 4 в ту же решетку между двум  группами лопаток 2, при этом все лопатки 3 закреплены в индивидуальных массивных телах 5 на упругих элементах 6 возвратно-пос- ТУпательных перемещений. На массивных телах 5 закреплены и индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 7. Группы лопаток 2 и 3 образуют

величины аэродинамического демпфировани  опорной лопатки вы вл ют отсутствие акустического резонанса. По минимальной величине аэродинамического демпфировани  при этих значени х сдвига фаз определ ют запас аэроупругой устойчивости. 2 ил.

10

16

единую плоскую решетку конечной длины с посто нными углами установки и выноса всех лопаток по фронтуj при этом решетка геометрически соответст5 вует развернутому на плоскость цилиндрическому сечению моделируемого натурного лопаточного венца турбомашины . С одной стороны проточной части аэродинамической трубы 1 за выходными кромками лопаток 3 устанавливают электроакустический излучатель 8, ас другой стороны от электроакустического излучател  8 делают вырез вдоль фронта решетки (не показан), закрыва  его многослойной капроновой тканью и паронитом дл  уменьшени  отражени  акустических волн от стенки прочной части аэродинамической трубы 1. Задающий генератор 9 подключают к

20 индивидуальным электромагнитным вибровозбудител м 7 и электроакустичес- .кому излучателю 8 через последовательно соединенные фазовращатели 10, регул торы 11 поддержани  одиночных амплитуд колебаний, установленные только в трех цец х возбуждени  колебаний лопаток 3, усилители 12 мощнос- ти. На основани х упругих элементов 16 наклеены тензодатчики 13, подклю ченные через тензостанцию 14 к ре-, гистратору 15 колебаний - светолуче- вому осциллографу. Управл ющие входы регул торов 11 поддержани  одинаковых амплитуд колебаний подключены к

35 соответствующим выходам тензостан- .ций 14.

I Способ осуществл етс  следующим образом. : Первоначально возбуждают без пода40 чи потока одновременные колебани  всех лопаток 3 с одинаковыми амплиту25

дами и произвольно задаваемым, но одинаковым от лопатки к лопатке сдвигом фаз колебаний. Дл  этого с выхода генератора 9 с частотой, отличной от собственных частот колебаний лопаток 3 на упругих элементах 6 не более , чем на 0,5%, подают переменные напр жени  на входы трех фазовращателей 10 в цеп х возбуждени  колебаний лопаток 3, на выходе которых оно приобретает задаваемый одинаковый сдвиг фаз. Далее переменное напр жение , мину  невключенные регул торы I1, попадает на входы усилителей 12 мощности, а с их выходов на индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 7, привод  лопатки 3 в одновременные , не св занные аэродинамически , колебани  с заданными сдвигами фаз. Амплитуды возвратно-поступательных (т.е. соответствующих изгиб- ным.) перемещений одновременных колебаний лопаток 3 при заданном сдвиге фаз замер ют по сигналам тензодатчи- ков 13, прошедшим усиление в тензо- станции 14, регистратором 15 - осциллографом , прошедшим предварительную тарировку отключени  световых лучей от значений перемещений лопаток 3. Амплитуды перемещений одновременных колебаний лопаток 3 довод т до одинакового уровн  путем регулировани  выходных напр жений на усилител х 12. Производ т включение регул торов 11 подачей посто нного напр жени  от внешнего источника питани  (не показан ) , при этом напр жение обратной св зи с выходных каналов тензостан- ции 14, поступа  в регул торы П, устанавливает ток, соответствующий колебани м лопаток 3 с одинаковьми

амплитудами.

I

Подают воздух в проточную часть аэродинамической трубы 1, параметры которого неизменны по высоте и фронту одиночной плоской решетки лопаток 2 и 3. Колеблющиес  лопатки 3 при этому упруго нагружаютс  потоком. Возникша  аэродинамическа  св зность колебаний лопаток 3 приводит к энергообмену между лопатками решетки. Аэродинамическую св зность одновременных колебаний лопаток 3 оценивают по аэродинамическому демпфированию лопаток в составе решетки во всем диапазоне задаваемых сдвигов фаз Cf, совместных колебаний лопаток 3 от О до 2 ТГ рад с помощью величины аэродий а

3596984

намического декремента колебаний Sg опорной лопатки - центральной в группе лопаток 3. Дл  определени  величиSn необходимо первоначально опре15

20

30

ны

делить величину демпфировани  опорной лопатки в потоке д, котора  учитывает два вида рассе ни  энергии: аэродинамическое и механическое. Оп10 редел ют 5. после срыва напр жени  электромагнитного возбуждени  на усилителе 12 в цепи опорной лопатки по записи на фотобумагу регистратора 15 виброграммы затухани  в потоке колебаний опорной лопатки от начального значени  амплитуды, которое одинаково у всех трех колеблющихс  лопаток 3. Регул торы 11 поддерживают неизменными начальные значени  амплитуд колебаний соседних лопаток при записи всех виброграмм затухани  опорной лопатки в диапазоне задаваемых сдвигов фаз совместных колебаний лопаток 3 от О до 2 iT рад. Затем определ ют

25 величину механического демпфировани  „ опорной лопатки без потока (S ) при равных услови х колебательного процесса -лопаток 3, а величину аэродинамического декремента колебаний о опорной лопатки определ ют как разность S S -,, Стро т зависиа i,

мость величины аэродинамического декремента лопаток к одиночной решетки от сдвига фаз Ц), колебаний соседних лопаток.

На фиг.2 представлена зависимость величины аэродинамического декремента S g лопаток одиночной решетки от сдвига фаз ср, колебаний соседних ло- 40 паток в диапазоне от О до 2Т рад дл  плоской компрессорной решетки с относительным шагом t/b 1, где мм- хорда профил  лопатки. Лопатки установлены в решетку с углом выноса 45 fi - О без углов атаки к набегающему потоку. Приведенна  частота возвратно-поступательных колебательных перемещений (число Струхал ) равна 0,09.

В натурном лопаточном венце турбо- gQ машины при его работе может реализоватьс  любой сдвиг фаз ср, колебаний лопаток в диапазоне от О до 2(Град, поэтому запас аэроупругой устойчивости лопаток оценивают величиной L, со- сс ответствующей минимальному значению аэродинамического декремента колебаний S q опорной лопатки простейшей модели лопаточного венца - одиночной решетки. Исследуема  одиночна  решетка лопаток в потоке подлежит проверк на наличие в ней акустического резонанса при сдвиге фаз колебаний лопаток 3, соответствующему минимальному значению аэродинамического демпфировани  лопаток (фиг. 2, прид| «Т/2). Дп  этого вновь возбуждают одновре- менньТе колебани  лопаток 3 в потоке со сдвигом фаз между ними cf , соответствующим точке А (фиг.2). Включают цепь электроакустического излучател  8 и дополнительно подают от задающего генератора 9 через фазовращатель 10 и усилитель 12 в проточную часть аэродинамической трубы I акустически синусоидальные волны с частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки . Повтор ют определение величины , измен   с помощью фазовращател  30 в цепи электроакустического излучател  8 сдвиг фаз if в диапазоне от О до 2Т рад по отношению к колебани м опорной лопатки при посто нном напр жении на выходе усилител  I2, По наличию изменени  величины Sa демпфировани  опорной лопатки в потоке (на 10-15% и более), св занную с изменением сдвига фаз t колебаний выражающемус  в изменении абсциссы точка А (фиг.2, L var) при акустическом сигнале, вы вл ют акустичес- кий резонанс одиночной решетки, фиксиру  таким образом наличие интенсивной аэроакустической св зности коле- g руемого натурного лопаточного венца

баний лопаток одиночной решетки. Затем возбуждают одновременные колебани  лопаток 3 в потоке со сдвигом в

фаз между ними ( , соответствующим следующему минимальному значению величины S Q в диапазоне изменени  cj), от О до 2 if рад (фиг. 2, точка Б). Повторно воздействуют на решетку в потоке акустическими синусоидальными вол- нами с частотой, равной частоте коле- 45 баний опорной лопатки, и вновь определ ют зависимость величины от сдвига фаз колебаний tp в диапазоне от О до 21( рад. По отсутствию изменени  величины SQ демпфировани  опор- до ной лопатки (изменение S составл ет

При этом все возбуждаемые лопатки 3 одиночной кольцевой решетки вывешивают на независимых подвесках в цилиндрической проточной части аэроди- 40 намической трубы I. Электроакустичес кий излучатель 8 устанавливают в это случае в наружном цилиндрическом кор пусе проточной части аэродинамической трубы за лопатками 3.

менее 10%) при изменении сдвига фаз Ср колебаний, выражающемус  в посто нстве абсциссы точки Б (фиг.2, L const) при .акустическом сигнале, gg ток путем вы влени  в одиночной ре- фиксируют отсутствие интенсивной - шетке акустического резонанса при аэроакустической св зности колебаний минимальном значении аэродинамичесФормула изобретени 

Способ исследовани  аэродинамиче кой св зности колебаний лопаток плос кой решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. № 1048344, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  достоверности определени  запаса аэроупругой устойчивости лопа

лопаток одиночной решетки, вы вл   таким образом отсутствие акустичес

ного резонанса при сдвиге фазс колебаний соседних лопаток в- потоке. аэроупругой устойчивости лопаток моделируемого натурного лопаточ- Hqro венца турбомашины принимают равным значению L , полученному в одиночной решетке, при котором акустический резонанс в одиночной рещетке

0 отсутствует. При наличии нескольких минимальных значений аэродинамического демпфировани  лопаток в составе моделирующей одиночной рещетки запас аэроупругой устойчивости лопаток со5 ответствующего натурного лопаточного венца турбомашины принимают равным тому минимальному значению величины S g лопаток в составе одиночной решетки, при котором акустический ре0 зонанс в одиночной решетке отсутствует . .

Вариантом осуществлени  предлагаемого способа  вл етс  определение запаса аэроупругой устойчивости лопаток натурного лопаточного венца тур- бомащины по исследованию аэродинамической св зности колебаний лопаток более сложной физической модели одиночной кольцевой решетки, параметры потока в которой переменны по радиусу . Общее количество лопаток 2 и 3 одиночной кольцевой решетки соот- етствует количеству лопаток модели g руемого натурного лопаточного венца

45 до

При этом все возбуждаемые лопатки 3 одиночной кольцевой решетки вывешивают на независимых подвесках в цилиндрической проточной части аэроди- 40 намической трубы I. Электроакустический излучатель 8 устанавливают в этом случае в наружном цилиндрическом корпусе проточной части аэродинамической трубы за лопатками 3.

ток путем вы влени  в одиночной ре- шетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамичесФормула изобретени 

Способ исследовани  аэродинамической св зности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. № 1048344, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  достоверности определени  запаса аэроупругой устойчивости лопакого демпфировани  лопаток, дополнительно воздействуют на лопатки синусоидальными акустическими волнами частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки, дл  которой определ ют демпфирование, -задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опррной лопатки, измен ют его в пределах до ZIT рад, и по изменению величины аэродинамического демпфировани  опорной лопатки вы вл ют акустический резонанс, наход т значени  сдвига фаз, при которых акустический резонанс отсутствует, и по минимальной величине азродинамического демпфировани  при этих значени х сдвига фаз определ ют запас аэроупругой устойчивости .

Лг.%

ZSffi

Редактор Л.Повхан

Составитель А.Зосимрв

Техред М.Ходанич Корректор С,Шекмар

Чаказ 6149/46Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ исследования аэродинамической связности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. № 1048344, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток путем выявления в одиночной решетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамического демЦфирования лопаток, дополнительно воздействуют на лопатки сину7 соидальными акустическими волнами частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки, для которой определяют демпфирование, -задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опррной лопатки, изменяют его в пределах до 21Г рад, и по изменению величины аэродинамического демпфиро вания опорной лопатки выявляют акустический резонанс, находят значения сдвига фаз, при которых акустический резонанс отсутствует, и по минимальной величине аэродинамического демпфирования при этих значениях сдвига фаз опрёделяют запас аэроупругой устойчивости.

   фиг.2