Bei der Konstruktion von Flugzeug triebwerken sind rotierende Schaufeln bei hohen Geschwindigkeiten anfällig für Anregung frequenzen, was zu Resonanz, Ermüdung und sogar Versagen führt. Daher hilft die Identifizierung von Blatt modal parametern (wie Eigen frequenzen und Modus formen) bei bestimmten Drehzahlen den Ingenieuren, den sicheren Geschwindigkeit bereich zu bestimmen und einen Blatt ausfall zu verhindern.
Die Revealer-Ingenieure verwendeten die DIC-Technologie (Digital Image Correlation), um die Vibrations modi der Schaufeln bei drei vorhergesagten Drehzahlen zu messen. Diese Messungen wurden mit den simulierten modalen Eigen frequenzen dritter Ordnung von 700Hz, 1400Hz und 3000Hz verglichen, um die Genauigkeit des Simulations modells zu überprüfen.
Das Experiment verwendete eine im Inland produzierte, fortschritt liche Ultra-High-Speed Digitale Bild korrelation(DIC)System. Es bestand aus zweiRevealer NEO 25 Hoch geschwindigkeit kamerasMit einer Auflösung von 1280 × 1024 und einer Bildrate von 25.000 fps, gepaart mit Polarisation filtern, um dynamische Bilder der Klingen aufzunehmen und Reflexionen zu eliminieren. Ein matter Stift wurde verwendet, um Speckle-Muster auf der Klingen oberfläche zu erzeugen. RDIC-Software wurde für die Modal analyze verwendet.
1. Ein matter Stift wurde verwendet, um ein gleichmäßiges Speckle-Muster von 5mm zu erzeugen.
2. Basierend auf den vom Simulations modell vorhergesagten Resonanz punkten wurden drei Betriebs geschwindigkeiten entworfen: 3250 U/min, 6114 U/min und 6400 U/min. Zwei Hochgeschwindigkeits-NEO 25-Kameras wurden verwendet, um 69.000 Bilder von Videobildern von unten nach oben aufzunehmen.
Abbildung 1
3. Die Datenanalyse wurde unter Verwendung des CPSD-Algorithmus (Cross Power Spectral Density) durchgeführt. Durch Berechnung des Quer leistungs spektrums zwischen dem Referenz messpunkt und anderen Messpunkten wurden die Frequenzgang eigenschaften der Klinge unter Anregung extrahiert. und starre Körper rotations verschiebung wurde eliminiert, um genaue Modal analyze ergebnisse sicher zustellen.
Modal analyze erster Ordnung
Der Modus erster Ordnung spiegelt die grundlegenden Steifigkeit eigenschaften der Klinge wider und repräsentiert die anfällig ste Niederfrequenz resonanz der Klinge. Der Modus erster Ordnung entspricht einer Geschwindigkeit von 3250 U/min mit einer gemessenen Eigen frequenz von 708Hz, einem 1,1% igen Fehler gegenüber den 700Hz des simulierten Modells (Abbildung 2). Dieser Modus weist einen Niederfrequenz gang auf, und bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit regt die Anregung frequenz leicht die Eigen frequenz an. Dies hilft den Ingenieuren, den sicheren Drehzahl bereich zu identifizieren und einen längeren Betrieb in der Nähe von 3250 U/min zu vermeiden, um ein Versagen der Blatt ermüdung zu verhindern. Die modalen Eigenschaften zeigen die Gesamt schwingung der Schaufel biegung, wobei die Amplitude von der Blatt wurzel zur Spitze abnimmt und eine gleichmäßige Verteilung aufweist (Abbildung 3).
Abbildung 2
Figur 3
Modal analyze zweiter Ordnung
Die Modal analyze zweiter Ordnung zeigt die komplexen Verformung modi der Klinge bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten. Bei 6114 U/min beträgt die gemessene Eigen frequenz 1425Hz, wobei ein Fehler von 1,8% gegenüber den 1400Hz des simulierten Modells vorliegt (Abbildung 4). Die modalen Eigenschaften zeigen eine Torsion schwingung an, wobei sich der Knoten in der Mitte der Klinge befindet und eine symmetrische Torsion amplituden verteilung aufweist (Abbildung 5). Modal messungen zweiter Ordnung zeigen das Risiko einer Torsion resonanz bei mittleren Geschwindigkeiten und helfen Ingenieuren, Motors teuerung systeme zu optimieren, um den Betrieb in Hochspannung zonen zu vermeiden. Darüber hinaus lokalisieren die Torsion modal formen Schwächen in der Klinge unter Torsion lasten, was Verbesserungen der Blatt geometrie leitet.
Figur 4
Figur 5
Modal analyze dritter Ordnung
Die Modal analyze dritter Ordnung zeigt das Risiko von Mikrorissen oder akustischer Ermüdung bei hoch frequenter Schaufel resonanz. Bei 6400 U/min betrug die gemessene Eigen frequenz 2951Hz, mit einem 1,6% igen Fehler gegenüber den 3000Hz des simulierten Modells (Abbildung 6). Die modalen Eigenschaften zeigen hoch frequente, lokalisierte Schwingungen an. Aufgrund von Störungen durch Umgebungs geräusche wie Luftstrom und Lagers chwingung ist die Rekonstruktion der Modalform jedoch unvollständig. An der Klinge 1 wurden nur lokalisierte Peak reaktionen beobachtet, wie z. B. die Spitze und die Kante (Abbildung 7). Die Amplituden waren klein und ungleich verteilt, was die Ingenieure dazu veranlasste, die Inspektionen lokalisierter Hotspot-Fehler bereiche zu verstärken.
Abbildung 6
Abbildung 7
Experimentelle Verifizierung: Verwendung einesUltra-Hochgeschwindigkeits-System der digitalen Bild korrelation (DIC)Wir konnten Vibrations modal daten für rotierende Hoch geschwindigkeit blätter von Flugzeug triebwerken mit unterschied lichen Geschwindigkeiten erhalten. Die gemessenen Eigen frequenzen jeder modalen Ordnung lagen innerhalb von 1,8% des simulierten Fehlers, was das Simulations modell effektiv validiert und eine experimentelle Grundlage für die Untersuchung der Klingen vibrations eigenschaften und die Entwicklung von Geschwindigkeit vermeidung strategien zur Verhinderung von Resonanz bietet.
Modale Eigenschaften: Der Modus erster Ordnung weist eine typische Biege form auf, der Modus zweiter Ordnung weist eine Torsion sform auf und der Modus dritter Ordnung zeigt lokalisierte Vibrationen. Die modale Form entwickelt sich von global zu lokalisiert. Aufgrund des Einflusses von Umgebungs geräuschen ist die Reaktions amplitude des Modus dritter Ordnung gering und die rekonstruierte Modalform unvollständig.EnthüllerDie Ingenieure werden anschließend den Rausch filter algorithmus verfeinern, um das hoch frequente Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und die Zuverlässigkeit des Simulations modells im Hochfrequenz bereich weiter zu überprüfen.
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