涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性研究

范博超; 张小栋; 熊逸伟; 黄鑫; 戴飞

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (7) : 170 -178.

范博超, 张小栋, 熊逸伟, 黄鑫, 戴飞

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足，利用叶尖间隙具有三维特征的特点，提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础，分析了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角对三维叶尖间隙的影响规律。首先，建立了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统有限元模型；其次，在叶片尾缘处引入贯穿裂纹，通过瞬态动力学分析计算了在不同横滚角、俯仰角裂纹作用下叶片的变形；最后，采用三维叶尖间隙计算方法获取了叶片三维叶尖间隙时域波形及频谱，研究了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性。计算结果表明：裂纹的出现会降低叶片刚度，从而影响叶片的三维叶尖间隙；叶片三维叶尖间隙随裂纹横滚角的增大而减小，随裂纹俯仰角的增大先减小后增大；随着裂纹两类方位角变化，不同测点位置的叶尖径向间隙基本谐波分量峰值变化率的差值最大为6.1%,周向滑移角和轴向偏转角基本谐波分量峰值变化率的差值小于0.12%,可见综合三维叶尖间隙能够更准确地反映裂纹信息。