Способ исследования аэродинамической связности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (19) (11) (g1) 4 (О1 М 7/00, 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1048344 (21) 4048341/25-06 (22) 07.04.86 (46) 15.12.87. Бюл. N- 46 (71.) Институт проблем прочности

АН УССР (72) А.В.Перевозников (53) 621.438-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1048344, кл. G 01 M 7/00, 9/00, 1983. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СВЯЗНОСТИ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК

ПЛОСКОЙ РЕШЕТКИ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОМ

ПОТОКЕ (57) Изобретение позволяет повысить достоверность определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке. Для этого воздействуют на лопатки 3 синусоидальными акустическими волнами, задаваемыми от задаю1 359698 величины аэродинамического демпфирования опорной лопатки выявляют отсутствие акустического резонанса. По минимальной величине аэродинамического цемпфирования при этих значениях сдвига фаз определяют запас аэроупругой устойчивости. 2 ил. щего генератора 9 через фазовращатель 10 и усилитель 12 в проточную ч сть аэродинамической трубы 1 с частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки. Задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опорной лопатки, изменяют его в пределах до 2% рад и по изменению единую плоскую решетку конечной длины с постоянными углами установки и

1 выноса всех лопаток по фронту; при этом решетка геометрически соответствует 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, а с другой стороны от электроакустического излучателя 8 делают вырез вдоль фронта решетки (не показан), закрывая его многослойной капроновой тканью и паронитом для уменьшения отражения акустических волн от стенки прочной части аэродинамической трубы

1. Задающий генератор 9 подключают к индивидуальным электромагнитным вибровозбудителям 7 и электроакустическому излучателю 8 через последовательно соединенные фазовращатели 10, регуляторы 11 поддержания одиночных амплитуд колебаний, установленные только в трех цепях возбуждения колебаний лопаток 3, усилители 12 мощнос ти. На основаниях упругих элементов

l6 наклеены тензодатчики 13, подклю ченные через тензостанцию 14 к ре-. гистратору 15 колебаний — светолучевому осциллографу. Управляющие входы регуляторов 1! поддержания одинаковых амплитуд колебаний подключены к соответствующим выходам тензостан,ций 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально возбуждают без подачи потока одновременные колебания всех лопаток 3 с одинаковыми амплитуИзобретение относится к испытательной технике, в частности к способам определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток в лопаточном венце турбомашины по эксперименталь- 5 ному исследованию аэродинамической связности колебаний лопаток одиночной решетки в потоке.

Целью изобретения является повышение достоверности определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток путем выявления в одиночной решетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамического демпфирования лопаток °

На фиг.1 изображена блок-схема для.осуществления предлагаемого способа исследования аэродинамической связности колебаний лопаток в потоке;, на фиг.2 — график зависимости аэроди- 20 намического декремента S колебаний

И лопаток одиночной, плоской решетки от сдвига фаз с, колебаний соседних лопаток, В проточной части дозвуковой аэро25 динамической трубы 1 устанавливают две группы лопаток 2 одиночной плоской решетки, закрепляемых неподвижно с двух сторон проточной части аэродинамической трубы 1. Группу консольных 30 лопаток 3, состоящую из трех (или более) .лопаток, вывешивают на независимых струнных подвесках 4 в ту же решетку между двумя группами лопаток

2, при этом все лопатки 3 закреплены дб в индивидуальных массивных телах 5 на упругих элементах 6 возвратно-поступательных перемещений. На массивных телах 5 закреплены и индивидуальные электромагнитные вибровозбудите- 40 ли 7. Группы лопаток 2 и 3 образуют

1359698 дами и произвольно задаваемым, но намического декремента колебаний 8„ одинаковым от лопатки к лопатке сдви- опорной лопатки — центральной в групгом фаз колебаний. Для этого с выхо- пе лопаток 3. Дпя определения величида генератора 9 с частотой, отличной ны 3 необходимо первоначально опре5 от собственных частот колебаний лопа- делить величину демпфирования опорток 3 на упругих элементах 6 не бо- ной лопатки в потоке 1, которая училее, чем на 0,5Х, подают переменные тывает два вида рассеяния энергии: напряжения на входы трех фазовращате — аэродинамическое и механическое. Оплей 10 в цепях возбуждения колебаний 10 ределяют о после срыва напряжения лопаток 3, на выходе которых оно электромагнитного возбуждения на усиприобретает задаваемый одинаковый лителе 12 в цепи опорной лопатки по сдвиг фаз. Далее переменное напря- записи на фотобумагу регистратора 15 жение, минуя невключенные регуляторы виброграммы затухания в потоке коле11, попадает на входы усилителей 12 15 баний опорной лопатки от начального мощности, а с их выходов на индиви- значения амплитуды, которое одинакодуальные электромагнитные вибровозбу- во у всех трех колеблющихся лопаток дители 7, приводя лопатки 3 в одно- 3. Регуляторы 11 поддерживают неизвременные, не связанные аэродинами- менными начальные значения амплитуд чески, колебания с заданными сдвига- 2О колебаний соседних лопаток при запими фаз. Амплитуды возвратно-поступа- си всех виброграмм затухания опорной тельных (т.е. соответствующих изгиб- лопатки в диапазоне задаваемых сдвиным) перемещений одновременных коле- гов фаз совместных колебаний лопаток баний лопаток 3 при заданном сдвиге 3 от 0 до 2Г рад. Затем определяют фаз замеряют по сигналам тензодатчи — 25 величину механического демпфирования ков 13, прошедшим усиление в тензо- „ опорной лопатки без потока (3„) при станции 14, регистратором 15 — осцил- равных условиях колебательного пролографом, прошедшим предварительную цесса лопаток 3, а величину аэродинатарировку отключения световых лучей мического декремента колебаний За от значений перемещений лопаток 3. 30 опорной лопатки определяют как разАмплитуды перемещений одновременных ность 3 = 3 — о . Строят зависиа К м колебаний лопаток 3 доводят до одина — мость величины аэродинамического деккового уровня путем регулирования вы- ремента аа лопаток к одиночной решетходных напряжений на усилителях 12. ки от сдвига фаз ц, колебаний соседПроизводят включение регуляторов 11 них лопаток.

35 подачей постоянного напряжения от На фиг.2 представлена зависимость внешнего источника питания (не повеличины аэродинамического декременказан), при этом напряжение обратной та а лопаток одиночной решетки от а связи с выходных каналов тензостан- сдвига фаз (p колебаний соседних лоции 14, поступая в регуляторы 11 40 паток в диапазоне от 0 до 2h рад для устанавливает ток, соответствующий плоской компрессорной решетки с отноколебаниям лопаток 3 с одинаковыми сительным шагом t/b = 1, где b=40 мм— амплитудами. хорда профиля лопатки. Лопатки устаI

Подают воздух в проточную часть новлены в решетку с углом выноса о аэродинамической трубы 1, параметры 45 Р = 0 без углов атаки к набегающему которого неизменны по высоте и фрон- потоку. Приведенная частота возвратту одиночной плоской решетки лопаток но-поступательных колебательных пере2 H 3. Колеблющиеся лопатки 3 при мещений (число Струхаля) равна 0,09. этому упруго нагружаются потоком. В натурном лопаточном венце турбоВозникшая аэродинамическая связность 5О машины при его работе может реализоколебаний лопаток 3 приводит к энер- ваться любой сдвиг фаз, колебаний гообмену между лопатками решетки. лопаток в диапазоне от 0 до 2Г рад, Аэродинамическую связность одновре- поэтому запас аэроупругой устойчивосменных колебаний лопаток 3 оценивают ти лопаток оценивают величиной L, сопо аэродинамическому демпфированию 55 ответствующей минимальному значению лопаток в составе решетки во всем аэродинамического декремента колебадиапазоне задаваемых сдвигов фаз, ний Ра опорной лопатки простейшей мосовместных колебаний лопаток 3 от 0 дели лопаточного венца — одиночной до 2i Рад с помощью величины аэроди- решетки. Исследуемая одиночная решет1359698 ка лопаток в потоке подлежит проверке. на наличие в ней акустического резонанса при сдвиге фаз колебаний лопаток 3, соответствующему минимальному значению аэродинамического демпфирования лопаток (фиг.2, при(p„= « /2).

Для этого вновь возбуждают одновременнь1е колебания лопаток 3 в потоке со сдвигом фаз между ними p,, cooT- 10

А ветствующим точке А (фиг.2). Включают цепь электроакустического излучателя

8 и дополнительно подают от задающего генератора 9 через фазовращатель

10 и усилитель 12 в проточную часть )В аэродинамической трубы 1 акустические синусоидальные волны с частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки. Повторяют определение величины изменяя с помощью фазовращателя 20

10 в цепи электроакустического излучателя 8 сдвиг фаз(в диапазоне от

0 до 21< рад по отношению к колебаниям опорной лопатки при постоянном напряжении на выходе усилителя 12. 2Б

По наличию изменения величины Яа

< демпфирования опорной лопатки в потоке (на 1О-15Х и более), связанную с изменением сдвига фаз <1< колебаний, выражающемуся в изменении абсциссы З0 точка А (фиг.2, L = var) при акустическом сигнале, выявляют акустический резонанс одиночной решетки, фиксируя таким образом наличие интенсивной аэроакустической связности колебаний лопаток одиночной решетки. 3атем возбуждают одновременные колебания лопаток 3 в потоке со сдвигом фаз между ними у,, соответствующим следующему минимальному значению ве- ц личины Р в диапазоне изменения с < от 0 до 2Г рад (фиг. 2, точка Б) . Повторно воздействуют на решетку в потоке акустическими синусоидальными волнами с частотой, равной частоте коле- 4б баний опорной лопатки, и вновь определяют зависимость величины 8 от сдвига фаз колебаний (в диапазоне от О до ?l< рад. По отсутствию изменения величины Я демпфирования опорной лопатки (изменение 8 составляет менее 107) при изменении сдвига фаз

Ц< колебаний, выражающемуся в постоянстве абсциссы точки Б (фиг.2, l

= const) при .акустическом сигнале, фиксируют отсутствие интенсивной ! аэроакустич еской связности колебаний лопаток одиночной решетки, выявляя таким образом отсутствие акустического резонанса при сдвиге фаз(ко8 ! лебаний соседних лопаток в потоке.

Запас аэроупругой устойчивости лопаток моделируемого натурного лонаточного венца турбомашины принимают рав( ным значению L полученному в одиночной решетке, при котором акустический резонанс в одиночной решетке отсутствует. При наличии нескольких минимальных значений аэродинамическо» го демпфирования лопаток в составе моделирующей одиночной решетки запас аэроупругой устойчивости лопаток соответствующего натурного лопаточного венца турбомашйны принимают равным тому минимальному значению величины 3д лопаток в составе одиночной решетки, при котором акустический резонанс в одиночной решетке отсутствует.

Вариантом осуществления предлагаемого способа является определение запаса аэроупругой устойчивости лопаток натурного лопаточного венца турбомашины по исследованию аэродинамической связности колебаний лопаток более сложной физической модели— одиночной кольцевой решетки, параметры потока в которой переменны по радиусу. Общее количество .попаток 2 и

3 одиночной кольцевой решетки соот= ветствует количеству лопаток моделируемого натурного лопаточного венца.

При этом все возбуждаемые лопатки 3 одиночной кольцевой решетки вывешивают на независимых подвесках в цилиндрической проточной части аэродинамической трубы 1. Электроакустический излучатель 8 устанавливают в этом случае в наружном цилиндрическом корпусе проточной части аэродинамической трубы за лопатками 3.

Формула изобретения

Способ исследования аэродинамической связности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. Р 1048344, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток путем выявления в одиночной решетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамичес; кого демпфирования лопаток, дополнительно воздействуют на лопатки сину1359698

@ иа2

Составитель А. Зосимов

Техред N. Ходанич Корректор С Шекмар

Редактор Л.Повхан

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6149/46

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 соидальными акустическими волнами частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки, для которой определяют демпфирование, -задают сдвиг фаэ акустических волн относительно колебаний опррной лопатки, изменяют его в пределах до 2Т рад, и по изменению величины аэродинамического демпфирования 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 определяют запас аэроупругой устойчивости.