秦潔，燕群，黃文超

(中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所 發(fā)動機(jī)強(qiáng)度研究室，西安 710065)

0 引 言

旋轉(zhuǎn)葉片是航空發(fā)動機(jī)的重要部件，其振動特性及振動抑制技術(shù)對發(fā)動機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)完整性、工作可靠性具有重要影響[1-2]。近年來，干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)作為減小和抑制動力響應(yīng)的有效方式，已得到廣泛應(yīng)用?；诟赡Σ磷枘峤Y(jié)構(gòu)的多樣性、干摩擦定律、葉片與阻尼塊的接觸運(yùn)動，國內(nèi)外建立了多類型的動力學(xué)模型，包括干摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)模型[3-6]、干摩擦阻尼數(shù)據(jù)模型[7]、干摩擦阻尼接觸模型[8]、接觸面運(yùn)動模型[9-11]等，并形成了較為高效的減振分析方法，例如數(shù)值積分法[12-13]、時頻轉(zhuǎn)換法[14-17]等。干摩擦過程具有強(qiáng)非線性，建立接觸運(yùn)動模型時必須進(jìn)行假設(shè)和簡化，而且響應(yīng)計算中的一些關(guān)鍵參數(shù)，例如接觸剛度、摩擦系數(shù)等，在振動過程中是隨時間變化的。目前，尚未有能夠準(zhǔn)確描述上述參數(shù)的理論方法，只能通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)或試驗結(jié)果給定，因此有必要通過試驗研究對模型進(jìn)行驗證和完善。

國內(nèi)外針對旋轉(zhuǎn)葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)開展了大量的試驗研究。試驗主要分為兩類：第一類是在非旋轉(zhuǎn)條件下，模擬旋轉(zhuǎn)葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下的離心力，把模擬離心力以預(yù)緊力的形式加載于葉片阻尼結(jié)構(gòu)上，采用力錘、激勵器、振動臺、聲場等對葉片阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵，利用加速度傳感器、測振儀、應(yīng)變片等拾取響應(yīng)，通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得動態(tài)特性參數(shù)；第二類是在旋轉(zhuǎn)條件下，根據(jù)葉片阻尼的實際工作狀態(tài)，通過氣流激勵或真空油激勵，采用非接觸或接觸方法獲得高轉(zhuǎn)速葉片阻尼結(jié)構(gòu)的葉尖位移或葉片動應(yīng)力等參數(shù)，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件得到葉片阻尼結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性參數(shù)。

本文對旋轉(zhuǎn)葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)減振試驗裝置、試驗激勵、動態(tài)特性測試等方面進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為旋轉(zhuǎn)葉片減振特性試驗方案設(shè)計、提高結(jié)構(gòu)可靠性和效率、減振延壽等提供技術(shù)支持。

1 第一類試驗(非旋轉(zhuǎn))

葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)的多樣性使得不同結(jié)構(gòu)形式的葉片阻尼結(jié)構(gòu)必須采用不同的模擬離心力的加載方法和測試方法。目前，葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)的減振試驗主要集中于葉冠/葉片凸肩結(jié)構(gòu)和緣板阻尼器結(jié)構(gòu)。

1.1 試驗裝置

1.1.1 葉冠/葉片凸肩結(jié)構(gòu)減振試驗裝置

葉冠接觸面之間的正壓力是葉片工作過程中受到離心力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力使葉冠相互接觸產(chǎn)生的。為了模擬阻尼塊在不同轉(zhuǎn)速、不同正壓力條件下的模擬離心力，需設(shè)計專用加力機(jī)構(gòu)。

在葉冠/葉片凸肩結(jié)構(gòu)的模擬離心力加載方面，陳璐璐等[18]設(shè)計了一個專門的加載盤來給葉冠接觸面施加所需的接觸緊度，通過加載盤將力矩施加到凸肩上，并用鎖緊螺栓將加載盤和凸肩固定，試驗夾持加載裝置如圖1所示。

圖1 模擬離心力加載盤裝置Fig.1 Loading disk device for simulating the centrifugal force

陳香等[19]采用螺旋施力機(jī)構(gòu)改變加載工裝內(nèi)置彈簧的長度來產(chǎn)生力，通過頂桿將力傳出，葉片壓力加載及振動測試實物如圖2所示。

圖2 螺旋施力機(jī)構(gòu)Fig.2 Screw casting mechanism

通過上述加載裝置僅可以為單只葉冠/葉片凸肩平板葉片的工作接觸面施加模擬離心力。實際工作中，相鄰葉冠/葉片凸肩的接觸面抵緊，并始終保持一定的緊度，可利用工作時葉片之間的反扭變形，使工作面接觸更加壓緊。因此，后續(xù)有必要開展多只真實葉冠/葉片凸肩的試驗裝置研究，以期模擬更為真實的邊界條件。

1.1.2 緣板阻尼結(jié)構(gòu)減振試驗裝置

由于葉片工作時工況的復(fù)雜性及工藝、裝配等因素的影響，實際工作中，可能存在凸肩對某些振型不起減振作用的情況，盡管使用了減振凸肩(或帶冠)，葉片因振動引發(fā)的故障仍時有發(fā)生[20]。為了減少氣動損失、提高強(qiáng)度，考慮采用無葉片凸肩設(shè)計，且為了控制無葉片凸肩的振動，或進(jìn)一步提高帶葉片凸肩的可靠性，發(fā)展了緣板阻尼結(jié)構(gòu)。緣板阻尼器放在兩葉片之間的緣板之下，通過旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力使摩擦阻尼器與緣板之間產(chǎn)生正壓力，在葉片振動過程中緣板與阻尼器之間的接觸面產(chǎn)生摩擦，達(dá)到降低動應(yīng)力的目的。

李全通等[21]使用砝碼通過增力杠桿、鋼纜對安裝在兩個平板葉片緣板與伸根空腔的阻尼塊施加拉力，模擬不同質(zhì)量阻尼塊在不同轉(zhuǎn)速下的離心力，獲得了不同離心力、不同激勵力以及不同振型條件下的振動響應(yīng)。周顯丁等[22]為三個真實的帶緣板阻尼葉片搭建試驗臺，可以同時實現(xiàn)葉片根部接觸面壓力載荷、緣板阻尼塊模擬離心力載荷的施加和測量，試驗臺照片如圖3所示。

圖3 試驗臺主體部分實物圖Fig.3 Physical map of main part of the testrig

1.2 試驗激勵裝置

試驗激勵方面，葉片頻率通常較高，因此激勵單只葉片激勵可利用激勵器通過頂桿實現(xiàn)[18-19,22]，頂桿處安裝力傳感器以監(jiān)測激勵力的大小，但激勵時的附加質(zhì)量和附加剛度不易回避，尤其是對于小、輕結(jié)構(gòu)。采用力錘進(jìn)行激勵則相對簡便實用，但卻難以避免過載或局部響應(yīng)問題[23]。李全通[24]采用電渦流激勵器對葉片施加激勵力，通過非接觸方式對葉片進(jìn)行激勵，激勵力的大小需要由激勵系統(tǒng)的標(biāo)定試驗確定。郭雪蓮等[25]為了確保在高頻下仍可輸出相當(dāng)?shù)墓β?，采用隨機(jī)聲場作為激勵力，其最高階模態(tài)頻率接近10 kHz，試驗系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 葉片試驗系統(tǒng)Fig.4 Blade test system

發(fā)動機(jī)實際工作中，葉片處于較為復(fù)雜的激勵環(huán)境中，且某一葉片的振動特性受其相鄰葉片的影響，應(yīng)完善目前的單一激勵方式，建立多場耦合多葉片激勵振動環(huán)境平臺，逼近真實激勵環(huán)境。

1.3 動態(tài)特性測試

試驗測試方面，基于時域衰減數(shù)據(jù)的方法或頻響函數(shù)法；激勵方面，采用錘擊法或載荷突卸法(產(chǎn)生時域衰減數(shù)據(jù))等。綜合上述考慮確定了測試環(huán)境的搭建和數(shù)據(jù)采集/處理方法。較常見的包括：在葉片上安裝加速度傳感器，測試頻響函數(shù)后再進(jìn)行振動特性分析；或者采用激光測振儀獲得葉片的動態(tài)特性參數(shù)等。

2 第二類試驗(旋轉(zhuǎn)狀態(tài))

高速旋轉(zhuǎn)試驗器可為葉片阻尼塊結(jié)構(gòu)的振動特性測試提供更為真實的工作環(huán)境，但該試驗器常用來確定單級轉(zhuǎn)子部件的低周疲勞特性，而用于測試葉盤轉(zhuǎn)子振動特性的研究還比較少。目前，美國Test Devices公司和德國Shenck公司已掌握了此項技術(shù)，可用于測試葉片阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼特性。該試驗技術(shù)的主要難點在于激勵和動態(tài)特性測試兩方面。

2.1 試驗激勵裝置

目前常采用的激勵方法包括氣流激勵和霧化液滴噴射激勵[26]。

氣流激勵方面，發(fā)動機(jī)在裝機(jī)條件下，壓氣機(jī)葉片受到進(jìn)氣畸變強(qiáng)迫激勵、靜子葉片尾跡流場強(qiáng)迫激勵、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)強(qiáng)迫激勵[27-28]，強(qiáng)迫激勵造成的不均勻流場是導(dǎo)致壓氣機(jī)葉片產(chǎn)生共振的主要原因[29]?；谠摷顧C(jī)理，當(dāng)旋轉(zhuǎn)試驗器驅(qū)動功率可以滿足整臺壓氣機(jī)工作時，雷沫枝等[30]使用壓氣機(jī)進(jìn)氣機(jī)匣的4個支板造成轉(zhuǎn)速頻率的4倍頻激勵，葉輪出口徑向擴(kuò)壓器25個葉片可造成轉(zhuǎn)速頻率的25倍頻激勵，試驗中通過調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來影響葉片的激勵力，當(dāng)激勵力頻率與葉片某階動頻吻合時，葉片將發(fā)生共振。當(dāng)旋轉(zhuǎn)試驗器驅(qū)動功率難以滿足整臺壓氣機(jī)工作時，吳岳庚等[31]提出了在靜子葉片出口設(shè)置36個氣體噴嘴的激勵方式來代替靜子36片葉片形成的尾跡的激勵方法，但該激勵方法必須加工一套可調(diào)壓力的氣流激勵裝置，工裝加工成本較高。氣流激勵葉片時，直接影響著高速旋轉(zhuǎn)試驗艙內(nèi)的真空度，導(dǎo)致試驗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)而影響試驗的可持續(xù)性。

霧化液滴噴射激勵[26]與氣流激勵裝置原理相似，如圖5所示，噴射的介質(zhì)由氮氣改成了真空油，真空油不會影響試驗艙真空度，激勵能量較大，真空油噴到旋轉(zhuǎn)的葉片上后，需要考慮油液在試驗艙內(nèi)的滯留和回收問題，以及真空油對其他設(shè)備的影響。

圖5 氣流激勵/霧化液滴噴射激勵裝置示意圖Fig.5 Scheme of air/oil vibration exciter

2.2 振動響應(yīng)測試

為了獲取旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下葉片阻尼結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性參數(shù)，各種葉片的振動測試方法被不斷提出，國內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)對各種方法進(jìn)行概述和總結(jié)[32-36]，本文主要對葉片動應(yīng)變測量和葉尖定時測量技術(shù)進(jìn)行綜述。

2.2.1 葉片動應(yīng)變測量

轉(zhuǎn)子葉片動應(yīng)變測量是獲取葉片工作狀態(tài)下振動特性最重要的方法之一，可獲取轉(zhuǎn)子葉片在發(fā)動機(jī)全工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振動應(yīng)變和動頻值[37]。

應(yīng)變測試時，將應(yīng)變片粘貼在葉片某振型下的最大和次大應(yīng)力點的位置和方向上，應(yīng)變片的引線通過轉(zhuǎn)軸上的開孔引出至引電器，引電器的作用是將旋轉(zhuǎn)部件的應(yīng)變電信號連接至靜止部件的應(yīng)變電信號，信號引出后在外部進(jìn)行測量，該技術(shù)比較成熟。吳岳庚等[31]采用上述“應(yīng)變片+引電器”的方式對某型Ⅱ級壓氣機(jī)葉片進(jìn)行動頻、動應(yīng)力試驗研究，試驗測量系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 引線示意圖Fig.6 The leading scheme

“應(yīng)變片+引電器”的測量方式需要將轉(zhuǎn)軸做成中空，以便鋪設(shè)導(dǎo)線；同時，引電器的安裝容易影響到結(jié)構(gòu)的剛度。工作時，引電器的集流刷與環(huán)的接觸處必須進(jìn)行冷卻處理，才能保證正常工作[38]，應(yīng)變電信號向靜止部件的引電問題關(guān)系到動頻測量的成敗，為了減少引電器對試驗結(jié)果的影響，西屋公司提出了應(yīng)變測試的無線遙感技術(shù)，該技術(shù)是把應(yīng)變數(shù)據(jù)采集器隨葉輪安裝，并將數(shù)據(jù)傳出，在外部設(shè)置接收裝置對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理[39]。曹昆華等[38]將“應(yīng)變片+遙測技術(shù)”成功應(yīng)用到某型雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子葉片的動頻、動應(yīng)力測量中。由于無線應(yīng)變節(jié)點無法進(jìn)行外部供電，遙測數(shù)據(jù)的采樣頻率無法達(dá)到很高[40]，因此“應(yīng)變片+引電器”的測量方式并未被“應(yīng)變片+遙測技術(shù)”取代。

圖7 光纖光柵傳感器工作原理Fig.7 Working principle of fiber grating sensor

葉片的動應(yīng)變測試可以非常直觀地反映葉片的振動。但葉片在高速旋轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)變片和導(dǎo)線需要承受極大的離心力和高速氣流沖刷，因其屬于接觸測量，對葉片本身的振動也會產(chǎn)生影響，且測量結(jié)果受限于測試通道數(shù)和測試位置。因此，通過非接觸方式獲得葉片振動成為目前研究的重點，其中葉尖定時測量技術(shù)是一個非常熱門的領(lǐng)域。

2.2.2 葉尖定時測量技術(shù)

葉尖定時測量技術(shù)的基本原理是在葉片頂端的機(jī)匣上安裝葉尖定時傳感器，利用傳感器感受葉片的到來時間，由于葉片的振動，葉片的到來時間會有超前或滯后，通過不同的葉尖定時處理算法對該時間序列進(jìn)行處理，即獲取葉片振動信息?；谌~尖定時原理的旋轉(zhuǎn)葉片振動檢測系統(tǒng)框圖如圖8所示[42]。跟其他測量方法相比，葉尖定時測量技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可以同時檢測所有葉片的振動情況。

圖8 葉尖定時測振系統(tǒng)框圖Fig.8 Scheme of tip timing vibration measurement

本文從葉尖定時傳感技術(shù)和振動參數(shù)辨識技術(shù)兩方面來闡述葉尖定時測量技術(shù)。

(1) 葉尖定時傳感技術(shù)

為了滿足旋轉(zhuǎn)葉片不同工作環(huán)境的需求，國內(nèi)外主要研究了光纖式、電容式、電渦流式等不同種類的葉尖定時傳感器。光纖式葉尖定時傳感器可以適應(yīng)不同溫度環(huán)境，使用溫度可達(dá)1 000 ℃[47]，該技術(shù)已成功應(yīng)用于AV-8B飛馬發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)葉片上，但該技術(shù)要求傳感器與葉尖之間必須透明。電容式葉尖定時傳感器具有很好的耐高壓、耐高溫特性，耐溫高達(dá)1 400 ℃[48]，但其信噪比、響應(yīng)時間相比光纖式葉尖定時傳感器差，且要求被測旋轉(zhuǎn)葉片環(huán)境介質(zhì)的介電常數(shù)基本穩(wěn)定。電渦流式葉尖定時傳感器的最大優(yōu)點是可以透過機(jī)匣獲取葉片到來的信號，并且可以在較污染的環(huán)境下對葉片振動進(jìn)行測量，信號大且信噪比高，結(jié)構(gòu)簡單，無需外界電源，但要求被測葉片必須為導(dǎo)磁材料。

(2) 振動參數(shù)辨識技術(shù)

基于葉尖定時原理，國內(nèi)外根據(jù)不同的傳感器安裝數(shù)量、分布方式，不同的葉片振動形式以及不同的測試條件，提出了多種葉尖定時振動信號分析算法，典型的分析算法包括速矢端跡法、雙參數(shù)法、自回歸法、均布法和“5+2”法等。

2.2.2 概率性敏感性分析 根據(jù)前文的假設(shè)，成本服從正態(tài)分布，轉(zhuǎn)移概率服從β分布。成本數(shù)據(jù)的狀態(tài)分布參考相關(guān)文獻(xiàn)[17-18，24，27]報道的參數(shù)的 95%CI值，計算其標(biāo)準(zhǔn)差；轉(zhuǎn)移概率的狀態(tài)分布則根據(jù)其均值和標(biāo)準(zhǔn)差計算其α、β值。采用TreeAge Pro 2011軟件對模型結(jié)果進(jìn)行概率性敏感性分析，對模型進(jìn)行次數(shù)為1 000的蒙特卡洛模擬，相關(guān)參數(shù)見表8。對模擬結(jié)果繪制成本-效用可接受曲線，詳見圖3。

速矢端跡法僅使用一只傳感器，但該方法要求試驗時逐漸改變轉(zhuǎn)速。И.E.薩勃洛斯基提出的間斷相位法[49]主要是采用速矢端跡法原理進(jìn)行振動測量分析的。雙參數(shù)法采用兩個按照一定角度分布的傳感器，分析得到一橢圓曲線，獲得振動特性參數(shù)。自回歸法至少需要四個傳感器，基于自回歸線性方程獲得振動頻率、幅值等參數(shù)。J.Gallego-Garrido等[50-54]將自回歸方法做了進(jìn)一步改進(jìn)和完善，并對算法進(jìn)行了實驗驗證。

為了提高振動信號的采樣頻率，提出了均布法和“5+2”法等。然而，采用多個傳感器測量時，只要某一傳感器失效，則葉尖定時算法失效，且多個傳感器一般都采用等夾角分布，當(dāng)安裝布局受限時，亦會對葉尖定時算法產(chǎn)生影響。

隨著技術(shù)的發(fā)展，具有代表性的檢測方法還包括頻率調(diào)制法[49]、激光全息法[55]、激光多普勒法[56-57]和聲響應(yīng)法[58-59]等。各種新的檢測方法不斷被研究和關(guān)注，最終都將推動旋轉(zhuǎn)葉片振動檢測技術(shù)的發(fā)展。而“葉尖定時測量技術(shù)”只能獲得葉片的動頻，并不能定量直觀地獲得葉片的動應(yīng)力。因此，振動響應(yīng)測試方面，基于應(yīng)變片直接測試和葉尖定時檢測方法，發(fā)展使用應(yīng)變片和傳感器高分辨率的振動響應(yīng)測試方法，力求形成更加完善的葉片阻尼結(jié)構(gòu)減振特性試驗方法。

3 研究展望

為了分析設(shè)計過程、排故過程中的葉片阻尼結(jié)構(gòu)激勵力和動力學(xué)特性，將模擬離心力以預(yù)緊力的形式加載于葉片阻尼結(jié)構(gòu)上，對葉片阻尼結(jié)構(gòu)的減振特性試驗進(jìn)行機(jī)理性的基礎(chǔ)研究，該方法對減振試驗進(jìn)行了諸多簡化，只能進(jìn)行定性對比，但在耗費(fèi)時間、成本上有較大優(yōu)勢?；蛘咧苯舆M(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架的振動應(yīng)力應(yīng)變測量試驗，由于葉片數(shù)目較多且高速轉(zhuǎn)動，發(fā)動機(jī)臺架葉片振動應(yīng)力實測需要應(yīng)變片數(shù)據(jù)巨大，傳感器固定困難且需要滑環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，測試?yán)щy大、成本高。

考慮到葉片阻尼結(jié)構(gòu)減振的復(fù)雜情況，例如，多葉片阻尼結(jié)構(gòu)的模擬離心力均勻加載、高溫渦輪葉片阻尼結(jié)構(gòu)的高頻激勵力加載及振動響應(yīng)測試、發(fā)動機(jī)臺架試驗的復(fù)雜氣流激勵等，可以從以下三方面進(jìn)行進(jìn)一步研究：

(1) 在不旋轉(zhuǎn)條件下，根據(jù)模擬離心力計算結(jié)果和葉片阻尼結(jié)構(gòu)的邊界條件，形成多葉片阻尼結(jié)構(gòu)的模擬離心力均勻加載試驗裝置，建立隨葉片榫頭結(jié)構(gòu)、相鄰葉片夾角變化的試驗裝置模型庫，力圖簡化模擬離心力加載試驗平臺。

(2) 在不旋轉(zhuǎn)條件下，從葉片阻尼結(jié)構(gòu)的固有頻率和結(jié)構(gòu)形式出發(fā)，探索多葉片阻尼結(jié)構(gòu)的高頻激勵耦合加載方法，分析不同的激勵力方式對振動響應(yīng)的影響規(guī)律，以期實現(xiàn)對不同形式的多葉片阻尼結(jié)構(gòu)的合理激勵；根據(jù)不同的激勵方式對應(yīng)的振動響應(yīng)測試方法，選擇合理的數(shù)據(jù)分析方法，為葉片阻尼結(jié)構(gòu)模型和發(fā)動機(jī)臺架的振動應(yīng)力測試提供參考。

(3) 在發(fā)動機(jī)臺架試驗中，基于發(fā)動機(jī)各部分旋轉(zhuǎn)葉片的復(fù)雜激勵方式，研究更符合開車環(huán)境的激勵方法，力求簡化發(fā)動機(jī)整機(jī)臺架試驗；振動響應(yīng)測試方面，基于應(yīng)變片直接測試和葉尖定時測量方法，發(fā)展使用應(yīng)變片和傳感器的高分辨率的振動響應(yīng)測試方法，力求形成更為完善的葉片阻尼結(jié)構(gòu)減振特性試驗方法。

4 結(jié)束語

本文對旋轉(zhuǎn)葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)減振試驗裝置、試驗激勵、動態(tài)特性測試等方面進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出旋轉(zhuǎn)葉片干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)的減振試驗分為兩類：一類是將模擬離心力以預(yù)緊力的形式加載于葉片阻尼結(jié)構(gòu)上，對葉片阻尼結(jié)構(gòu)的減振試驗；另一類是直接進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架的振動應(yīng)力應(yīng)變測量試驗。進(jìn)一步研究可從不旋轉(zhuǎn)條件和旋轉(zhuǎn)條件兩方面開展，在不旋轉(zhuǎn)條件下，建立隨葉片榫頭結(jié)構(gòu)、相鄰葉片夾角變化的試驗裝置模型庫；探索多葉片阻尼結(jié)構(gòu)的高頻激勵耦合加載方法和振動響應(yīng)測試方法；在發(fā)動機(jī)臺架試驗中，研究更符合開車環(huán)境的激勵方式，發(fā)展使用應(yīng)變片和傳感器的高分辨率的振動響應(yīng)測試方法。

本文的研究可為旋轉(zhuǎn)葉片減振特性試驗方案設(shè)計、提高結(jié)構(gòu)可靠性和效率、減振延壽等提供技術(shù)支持。

[1] Duffy K P, Choi B B, Provenza A J, et al. Active piezo-electric vibration control of subscale composite fan blades[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2013, 135(1): 0135-0141.

[2] Svendsen M N, Krenk S, Hogsberg J. Resonant vibration control of rotating beams[J]. Journal of Sound and Vibration, 2011, 330(9): 1877-1890.

[3] Choi S T, Chou Y T. Vibration analysis of elastically supported turbo-machinery blades by the modified differential quadrature method[J]. Journal of Sound and Vibration, 2010, 240(5): 937-953.

[4] 任興民, 盧娜, 岳聰, 等. 考慮轉(zhuǎn)速及碰摩的帶冠渦輪葉片動力特性研究[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 31(6): 926-930.

Ren Xingmin, Lu Na, Yue Cong, et al. Dynamic characteristics of flexible shrouded blades in aero-engines[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2013, 31(6): 926-930.(in Chinese)

[5] 陳璐璐, 張大義, 文敏, 等. 帶凸肩風(fēng)扇葉片振動特性及設(shè)計方法研究[J]. 推進(jìn)技術(shù), 2015, 36(9): 1389-1394.

Chen Lulu, Zhang Dayi, Wen Min, et al. Dynamical effects of shrouds on fan blade vibration and its corresponding design method[J]. Journal of Propulsion Technology, 2015, 36(9): 1389-1394.(in Chinese)

[6] Griffin J H, Sinha A. The interaction between mistuning and friction in the forced response of bladed disk assemblies[J]. ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1995, 107: 205-211.

[7] Wang Qinmeng, Zhang Jin, Ma Xiaoqiu, et al. Hybrid method to analyze contact stress distribution on dry friction interfaces[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2012, 5: 77-81.

[8] Sanliturk K Y, Imregun M, Ewins D J. Harmonic balance vibration analysis of turbine blades with friction dampers[J]. ASME Journal of Vibration and Acoustics, 1997, 119: 96-103.

[9] Menq C H, Bielak J, Griffin J H. The influence of microslipon vibratory response, Part Ⅰ: A new microslip model[J]. Journal of Sound and Vibration, 1996, 107(2): 279-293.

[10] Yang B D, Meng C H. Characterization of 3D contact kinematics and prediction of resonant response of structures having 3D frictional constraint[J]. Journal of Sound and Vibration, 1998, 217(5): 909-925.

[11] 單穎春, 郝燕平, 朱梓根, 等. 干摩擦阻尼塊在葉片減振方面的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 航空動力學(xué)報, 2001, 16(3): 218-223.

Shan Yingchun, Hao Yanping, Zhu Zigen, et al. Application and development of platform friction damper for depressing resonant vibration of blades[J]. Journal of Aerospace Power, 2001, 16(3): 218-223.(in Chinese)

[12] Griffin J H. A review of friction damping of turbine blade vibration[J]. International Journal of Turbo and Jet Engines, 1999, 7(3/4): 297-308.

[13] Wang J H, Shienh W L. The influence of a variable friction coefficient on the dynamic behavior of a blade with a friction damper[J]. Journal of Sound and Vibration, 1991, 149(1): 137-145.

[14] Guillen J. Studies of the dynamics of dry-friction-damped blade assemblies[D]. Michigan: University of Michigan, 1999.

[15] Laxalde D, Thouverez F, Sinou J J, et al. Qualitative analysis of forced response of blisks with friction ring dampers[J]. European Journal of Mechanics A: Solids, 2016, 26(4): 969-978.

[16] Herzog A, Krack M. Comparison of two widely-used frequency-time contact models for the vibration simulation of shrouted turbine blades[J]. Proceedings of ASME Turbo Expo 2014 Dusseldorf, Germany: ASME, 2014: 7-18.

[17] 盧娜, 任興民, 岳聰, 等. 基于改良整體滑動模型的緣板干摩擦阻尼器減振特性研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2013, 32(9): 1263-1266.

Lu Na, Ren Xingmin, Yue Cong, et al. Damping characteristics of dry friction platform damper system based on improved macro-slip model[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2013, 32(9): 1263-1266.(in Chinese)

[18] 陳璐璐, 馬艷紅, 楊鑫, 等. 帶干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)葉片振動響應(yīng)試驗[J]. 航空動力學(xué)報, 2008, 23(9): 1647-1653.

Chen Lulu, Ma Yanhong, Yang Xin, et al. Experiment of vibration and response of blade with dry friction structure[J]. Journal of Airspace Power, 2008, 23(9): 1647-1653.(in Chinese)

[19] 陳香, 朱靖, 李光輝, 等. 渦輪帶冠葉片干摩擦阻尼減振試驗[J]. 航空動力學(xué)報, 2012, 27(4): 817-823.

Chen Xiang, Zhu Jing, Li Guanghui, et al. Experiment on dry friction damping of shrouded turbine blades[J]. Journal of Airspace Power, 2012, 27(4): 817-823.(in Chinese)

[20] 郝燕萍, 單穎春, 朱梓根, 等. 緣板摩擦阻尼器的減振實驗研究[J]. 航空動力學(xué)報, 2001, 16(1): 55-58.

Hao Yanping, Shan Yingchun, Zhu Zigen, et al. Effects of platform friction damper on resonant stresses in gas turbine blades[J]. Journal of Airspace Power, 2001, 16(1): 55-58.(in Chinese)

[21] 李全通, 廖明夫, 陳衛(wèi), 等. 緣板干摩擦阻尼器葉片減振實驗研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2008, 27(11): 1392-1400.

Li Quantong, Liao Mingfu, Chen Wei, et al. An experimental study of decreasing vibration on blade with platform dry friction damper[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2008, 27(11): 1392-1400.(in Chinese)

[22] 周顯丁, 謝永慧, 吳君. 新型阻尼結(jié)構(gòu)葉片振動特性試驗研究[J]. 東方汽輪機(jī), 2011(4): 4-10.

Zhou Xianding, Xie Yonghui, Wu Jun. Experimental study on vibration characteristics of blade with new damping structure[J]. Dong Fang Turbine, 2011(4): 4-10.(in Chinese)

[23] 李勛, 張東明, 趙開寧. 錘擊法在航空發(fā)動機(jī)部件模態(tài)試驗中的常見問題淺析[J]. 航空發(fā)動機(jī), 2010, 36(5): 46-51.

Li Xun, Zhang Dongming, Zhao Kaining. Common problems analysis of impact modal test in aeroengine component[J]. Aeroengine, 2010, 36(5): 46-51.(in Chinese)

[24] 李全通. 緣板干摩擦阻尼器葉片減振研究[D]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué), 2005.

Li Quantong. Research on decreasing vibration on blade with platform dry friction damper[D]. Xi’an: Northwestern Polytechnical University, 2005.(in Chinese)

[25] 郭雪蓮, 范雨, 李琳. 航空發(fā)動機(jī)葉片高頻模態(tài)阻尼的實驗測試方法[J]. 航空動力學(xué)報, 2014, 29(9): 2104-2112.

Guo Xuelian, Fan Yu, Li Lin. Experimental test method for high-frequency modal damping of turbo machinery blades[J]. Journal of Airspace Power, 2014, 29(9): 2104-2112.(in Chinese)

[26] 林樂新. ZUSTD型倒掛式葉輪超速試驗機(jī)的設(shè)計與開發(fā)[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2011.

Lin Lexin. Design and development of impeller overspeeder tester for ZUSTD inverted type[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2011.(in Chinese)

[27] Hsu S T, Wo A M. Reduction of unsteady blade loading by beneficial use of vortical and potential disturbances in an axial compressor with rotor clocking[J]. ASME Journal of Turbo machinery, 1998, 120(4): 705-713.

[28] Durali M, Kerrebrock J L. Stator performance and un-steady loading in transonic compressor stages[J]. ASME Journal of Turbomachinery, 1998, 120(2): 224-232.

[29] 曹昆華, 黃家經(jīng). 某型發(fā)動機(jī)低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片動測技術(shù)及應(yīng)用研究[J]. 燃?xì)鉁u輪試驗與研究, 2008, 21(1): 22-25.

Cao Kunhua, Huang Jiajing. Investigation on the dynamic instrumentation technology of an engine LP turbine blade and its application[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 2008, 21(1): 22-25.(in Chinese)

[30] 雷沫枝, 陳運(yùn)西, 盧艷輝. 航空發(fā)動機(jī)離心葉輪葉片動特性試驗研究[J]. 測控技術(shù), 2015, 34(5): 133-136.

Lei Mozhi, Chen Yunxi, Lu Yanhui. Study on dynamic characteristics test for aero engine centrifugal impeller blades[J]. Measurement and Control Technology, 2015, 34(5): 133-136.(in Chinese)

[31] 吳岳庚, 龔寅生. 某壓氣機(jī)葉片動頻測量的試驗研究[J]. 燃?xì)鉁u輪試驗與研究, 1999, 12(4): 17-21.

Wu Yuegeng, Gong Yinsheng. Experimental research on dynamic frequency measurement for compressor blade[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 1999, 12(4): 17-21.(in Chinese)

[32] 方志強(qiáng). 渦輪機(jī)葉片振動非接觸檢測原理及應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2007.

Fang Zhiqiang. Non-contact detectiong priciple and application technology research on blade for turbine[D]. Tianjin: Tianjin University, 2007.(in Chinese)

[33] 張玉貴. 煙機(jī)輪機(jī)葉片振動的非接觸式在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2008.

Zhang Yugui. Key technology research on non-contact online monitoring for fume turbine blade vibration[D]. Tianjin: Tianjin University, 2008.(in Chinese)

[34] 張萬杰. 基于單傳感器汽輪機(jī)葉片振動非接觸測量方法的研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2006.

Zhang Wanjie. Research on non-contact measurement method for blade vibration for turbine based on single sensor[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2006.(in Chinese)

[35] 蔣熙馨. 基于光纖Brag光柵的葉輪機(jī)振動檢測及壓力檢測[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2009.

Jiang Xixin. Vibration and pressure measurement technique for rotating turbine based on FBG sensor[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2009.(in Chinese)

[36] 葛永慶, 劉江, 安連鎖. 汽輪機(jī)葉片振動非接觸測量技術(shù)綜述[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報, 2006, 33(3): 54-58.

Ge Yongqing, Liu Jiang, An Liansuo. Review on noncontact measurement technologies for turbine blades vibration[J]. Journal of North China Electric Power University, 2006, 33(3): 54-58.(in Chinese)

[37] 盧艷輝, 梅慶, 雷沫枝, 等. 高轉(zhuǎn)速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的動應(yīng)力測試與動力學(xué)設(shè)計評估[J]. 推進(jìn)技術(shù), 2014, 35(10): 1398-1403.

Lu Yanhui, Mei Qing, Lei Mozhi, et al. Vibration stress test and dynamical evaluation for high rotational speed compressor blades through numerical and experimental method[J]. Journal of Propulsion Technology, 2014, 35(10): 1398-1403.(in Chinese)

[38] 曹昆華, 黃家經(jīng). 某型發(fā)動機(jī)低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片動測技術(shù)及應(yīng)用研究[J]. 燃?xì)鉁u輪試驗與研究, 2008, 21(1): 22-25.

Cao Kunhua, Huang Jiajing. Investigation on the dynamic instrumentation technology of an engine LP turbine blade and its application[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 2008, 21(1): 22-25.(in Chinese)

[39] 張振東. 軸流式通風(fēng)機(jī)葉片振動的非接觸式測量[D]. 青島: 山東科技大學(xué), 2011.

Zhang Zhendong. The non-contact blade vibration measurement of axial fan[D]. Qingdao: Shandong University of Science and Technology, 2011.(in Chinese)

[40] 張學(xué)峰. 離心式壓縮機(jī)葉片裂紋檢測試驗研究[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2015.

Zhang Xuefeng. Research on detecting crack test in blades of centrifugal compressor[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2015.(in Chinese)

[41] Szwedowicz J, Senn S, Abhari R. Optimum strain gauge application to bladed assemblies[J]. ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea, and Air: American Society of Mechanical Engineers, 2002.

[42] Scheroeder K, Ecke W, Apitz J, et al. A fibre bragg grating sensor system monitors operational load in a wind turbine rotor blade[J]. Measurement Science and Technology, 2006, 17(5): 1167.

[43] Wernicke J, Shadden J, Kuhnt S, et al. Field experience of fibre optical strain sensors for providing real time load information from turbine blades during operation[C]. Proceedings of the European Wind Energy Conference, 2004.

[44] 陳娟子. 基于光纖光柵的風(fēng)機(jī)葉片應(yīng)變監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 成都: 西南交通大學(xué), 2012.

Chen Juanzi. Key technology for wind turbine blades based on fiber bragg grating sensor[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2012.(in Chinese)

[45] 侯西. 基于光纖光柵測量的風(fēng)力機(jī)葉片應(yīng)變試驗研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué)， 2012.

Hou Xi. Research on strain experiment of wind turbine blades based on fiber bragg grating sensor[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2012.(in Chinese)

[46] 李小偉. 基于光纖光柵傳感技術(shù)的風(fēng)機(jī)葉片檢測研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2013.

Li Xiaowei. Research on wind turbine blades detection based on fiber bragg grating sensing technology[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2013.(in Chinese)

[47] HOOD Technology. Overview of blade vibration monitoring capabilities[EB/OL]. (2010)[2017-06-16]. www.hoodtech.com.

[48] FOGALE Nanotech. Capacitive blade tip clearance & tip timing measurement system[EB/OL]. (2009)[2017-06-16]. www.fogale.com.

[49] 吳士祥, 鄭叔琛. 渦輪機(jī)葉片振動的非接觸測量[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1986.

Wu Shixiang, Zheng Shuchen. Non contact measurement of turbine blade vibration[M]. Beijing: National Defense Industry Press,1986.(in Chinese)

[50] Dimitriadis G, Carrington I B, Wright J R, et al. Blade-tip timing measurement of synchronous vibrations of rotating bladed assemblies[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2002, 16(4): 599-622.

[51] Gallego-Garrido J, Dimitriadis G, Wright J R. Development of a multiple modes simulator of rotating bladed assemblies for blade tip-timing data analysis[C]. Proceedings of the 27th International Conference on Noise and Vibration Engineering(ISMA02), 2002: 1437-1446.

[52] Gallego-Garrido J, Dimitriadis G. Validating synchronous blade vibration amplitudes from blade tip-timing data analysis[C]. Proceedings of the 8th International Conference on Vibrations in Rotating Machinery, 2004: 205-214.

[53] Gallego-Garrido J, Dimitriadis G, Wright J R. A class of methods for the analysis of blade tip timing data from bladed assemblies undergoing simultaneous resonances-Part Ⅰ: theoretical development[J]. International Journal of Rotating Machinery, 2007(1): 27247.

[54] Gallego-Garrido J, Dimitriadis G, Wright J R. A class of methods for the analysis of blade tip timing data from bladed assemblies undergoing simultaneous resonances-Part Ⅱ: experimental validation[J]. International Journal of Rotating Machinery, 2007(1): 73624.

[55] 王峰, 陸志一. 提高葉片振動激光全息像質(zhì)的途徑[J]. 熱能動力工程, 1990, 5(2): 30-32.

Wang Feng, Lu Zhiyi. A way to improve blade vibration mode laser holographic image quality[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 1990, 5(2): 30-32.(in Chinese)

[56] Oberholster A J, Heyns P S. Online condition monitoring of axial-flow turbo-machinery blades using rotor-axial eulerian laser doppler vibrometry[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2009, 23: 1634-1643.

[57] 呂宏詩, 劉彬. 激光多普勒測振技術(shù)的最新進(jìn)展[J]. 激光技術(shù), 2005, 29(2): 176-179.

Lü Hongshi, Liu Bin. Latest development of laser doppler technique in vibration measurement[J]. Laser Technology, 2005, 29(2): 176-179.(in Chinese)

[58] Leon R L, Trainor K. Monitoring systems for steam turbine blade faults[J]. Pollutants, 1990: 223-229.

[59] 韓敬宇. 基于聲發(fā)射技術(shù)的風(fēng)電葉片裂紋無線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 北京: 北京化工大學(xué), 2010.

Han Jingyu. Research of the wind turbine blade crack wireless monitoring system based on acoustic emission technology[D]. Beijing: Beijing University of Chemical Technology, 2010.(in Chinese)