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航空发动机外部管路振动模态试验研究

黄燕晓 王轩 苗万青

黄燕晓, 王轩, 苗万青. 航空发动机外部管路振动模态试验研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(1): 156-164. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180159
引用本文: 黄燕晓, 王轩, 苗万青. 航空发动机外部管路振动模态试验研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(1): 156-164. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180159
Huang Yanxiao, Wang Xuang, Miao Wanqing. Research on Vibration Modal Experiments of Aero-engine External Pipes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(1): 156-164. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180159
Citation: Huang Yanxiao, Wang Xuang, Miao Wanqing. Research on Vibration Modal Experiments of Aero-engine External Pipes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(1): 156-164. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180159

航空发动机外部管路振动模态试验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180159
基金项目: 

中央高校基本科研业务费项目中国民航大学专项项目 3122017108

详细信息
    作者简介:

    黄燕晓(1980-), 讲师, 硕士, 研究方向为航空发动机部附件结构振动研究, oldsea0592@163.com

  • 中图分类号: V233

Research on Vibration Modal Experiments of Aero-engine External Pipes

  • 摘要: 为分析不平衡振动对航空发动机外部管路结构影响,构建管路的真实与简化模型,通过双应变片传感器测试管路振动模态试验方法研究两端固支长薄壁管路的振动特征,并对管路模型有限元仿真计算比较。结果表明:简化与真实模型的试验结果基本一致;两种模型主振型均为1弯、2弯、3弯;两种模型固有频率除第1阶管路两端不能完全固支约束差异大外,后2阶在10%误差内;试验结果与仿真结果保持一致。振动模态试验方法对材料参数不全构件振动特征分析,助于管路结构优化与特征精确预测。
  • 图  1  发动机燃油系统部分外部管路结构外形

    图  2  双应变片半桥式连接方法

    图  3  带吸盘台钳固支的试验管路

    图  4  管路两种试验模型

    图  5  两种模型的试验模态结构振型

    图  6  两种固定形式的管路结构振动变形分布

    表  1  某型发动机外部管路外形及固定连接结构

    序号 系统类型 结构外形 固定方式 连接类型
    1 ATA-73燃油系统 直管
    1弯管:短管(<90°、180°~360°)、长管(<90°)
    2弯管:异面短管(<90°)、长管(<90°)
    3弯管:异面长管(<90°)
    4弯管:异面长管(<90°)
    单管U型卡箍螺栓固定
    单管机匣L型支架螺栓固定
    单管机匣U型卡箍L形支架螺栓固定
    双管双头U型卡箍固定
    双管U型卡箍L型支架固定
    喇叭形管
    接头螺纹
    连接
    2 ATA-75空气系统 直管
    1弯管:长管(<90°)
    2弯管:长管(90°~180°)、异面短管(90°)
    4弯管:长管(90°~180°)、异面短管(90°~180°)
    单管皮带与支架固定
    夹环螺栓固定
    L型支架螺栓固定
    带塑料套管双C型夹簧卡箍螺栓固定
    双管夹簧卡箍固定
    喇叭形管
    接头螺纹
    连接
    3 ATA-79滑油系统 直管
    2弯管:异面长管(<180°)
    3弯管:异面长管(90°)
    4弯管:长管(<180°)
    带塑料套管双夹簧卡箍螺栓固定
    U型卡箍螺栓固定或法兰4螺栓固定
    L型支架螺栓固定
    双管双头卡箍固定
    喇叭形管
    接头螺纹
    连接
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    表  2  两端固支管路的模态参数值

    阶数 真实模型 简化模型 两模型比较
    固有频率/Hz 阻尼比 结构主振型 固有频率/Hz 阻尼比 结构主振型 固有频率差异/% 阻尼比差异/%
    1 48.83 0.041 5 管路两侧弯曲叠加为1弯主振型, 一侧1上弯, 另侧1下弯 92.77 0.038 1 1弯曲主振型, 位于振型中部 89.99 -8.19
    2 351.56 0.008 4 两侧弯曲叠加为2弯主振型, 一侧1上弯1下弯, 另侧1下弯1上弯 327.15 0.006 7 2弯曲主振型, 1上弯1下弯 7.46 -20.24
    3 649.41 0.007 1 两侧弯曲叠加为3弯主振型, 2下弯1上弯 659.18 0.007 2 3弯曲主振型, 2下弯1上弯变形 1.48 1.41
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    表  3  管路的试验和仿真结果分析

    阶数 试验计算值 阶数 试验计算值 两种方法结果比较
    固有频率/Hz 结构主振型 固有频率/Hz 结构主振型
    1 92.77 1阶弯曲 1 139.75 1阶弯曲y+方向 固有频率:仿真值偏离试验值, 最小值与试验值相差46.98 Hz, 占比33.62%。主振型:试验值与仿真值基本一致, 前者示出1阶弯曲主振型, 后者示出x+、x-、y+、y-方向1阶弯曲振型。
    2 146.32 1阶弯曲x-方向
    3 185.43 1阶弯曲y-方向
    4 192.91 1阶弯曲x+方向
    2 327.15 2阶弯曲 5 384.17 2阶弯曲y+方向 固有频率:仿真值偏离试验值, 最小值与试验值相差57.02 Hz, 占比14.84%。主振型:试验值与仿真值基本一致, 前者示出2阶弯曲主振型, 后者示出x+、x-、y+、y-方向2阶弯曲振型。
    6 400.53 2阶弯曲x-方向
    7 506.62 2阶弯曲y-方向
    8 525.63 2阶弯曲x+方向
    3 659.18 3阶弯曲 9 749.16 3阶弯曲y+方向 固有频率:仿真值偏离试验值, 最小值与试验值相差89.98 Hz, 占比12.01%。主振型:试验值与仿真值基本一致, 前者示出3阶弯曲主振型, 后者示出x+、x-、y+、y-方向3阶弯曲振型。
    10 777.82 3阶弯曲x-方向
    11 981.44 3阶弯曲y-方向
    12 1 015.10 3阶弯曲x+方向
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  • 收稿日期:  2018-01-23
  • 刊出日期:  2019-01-05

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