(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211159911.X (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 地址 110015 辽宁省沈阳市沈河区万 莲路1 号 (72)发明人 刘一雄　陈育志　莫妲　王萌　 杨明绥　杨琳　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 王伟立 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟 试验件设计方法 (57)摘要 本申请提供了一种用于验证叶片轮盘环形 腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 包括： 通过 声源激励所述叶片轮盘环形腔， 获得叶片轮盘环 形腔的声激励频率； 确定所述模拟试验件的关键 几何参数； 将 模拟试验件的关键几何参数作为变 量， 将声激励频率作为目标， 通过使得模拟试验 件的腔体固有频率与声激励频率基本相当， 获得 关键几何参数的最优参数； 建立盘片耦合共振分 析的有限元模型， 获得轮盘的共振模态； 开展行 波振动分析， 确定叶片与轮盘是否可被激起振 动； 开展声腔共振模拟试验， 验证声激励频率、 腔 体固有频率及是否发生声固耦合振动， 若发生声 腔共振则设计结束， 若未能激起腔体共振， 则重 新设计模拟试验件的关键几何参数， 并重复上述 过程。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115470590 A 2022.12.13 CN 115470590 A 1.用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其特征在于， 所述方法 包括： 通过声源激励所述叶片轮 盘环形腔， 获得 所述叶片轮 盘环形腔的声激励频率； 确定所述模拟试验 件的关键几何参数； 将所述模拟试验件的关键几何参数作为变量， 将所述声激励频率作为目标， 通过使得 模拟试验 件的腔体固有频率与声激励频率基本相当， 获得 所述关键几何参数的最优参数； 建立盘片耦合共振分析的有限元模型， 在该有限元模型中， 所述轮盘与鼓筒作为一个 整体进行模态分析， 获得轮 盘的共振模态； 对模拟试验件的频率进行分析， 模拟试验件转动 时将产生行波振动， 在静止坐标系观 察模拟试验件的前行波频率、 后行波频率， 通过静止坐标系的噪声激励与转动坐标系的轮 盘振动频率， 开展行波振动分析， 确定叶片与轮 盘是否可被激起振动； 开展模拟试验件的声腔共振模拟试验， 验证声激励频率、 腔体固有频率及是否发生声 固耦合振动， 若发生声腔共振则设计结束， 若未能激起腔 体共振， 则重新设计模拟试验件的 关键几何参数， 并重复上述过程。 2.如权利要求1所述的用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其 特征在于， 所述声源为 点声源。 3.如权利要求1或2所述的用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其特征在于， 所述关键几何参数包括模拟试验件的机匣直径D1、 轮毂直径D2、 轮毂与机匣间 隙T、 腔深D、 腔长L及轮 盘厚度t。 4.如权利要求3所述的用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其 特征在于， 获得 所述关键几何参数的最优参数满足： Find： X(D1,D2,D,L,T,t) 式中， fA为声激励频率， fB为腔体固有频率。 5.如权利要求4所述的用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其 特征在于， 对模拟试验件的频率进行分析时， 对于转动圆环考虑离心力影响时的固有频率 有： 式中， ωd表示动频， ωs表示静频， 为动频系数， m为节径数目， Ω为轮盘 旋转频率。 6.如权利要求5所述的用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方法， 其 特征在于， 在静止坐标系观察模拟试验 件的前行波频率、 后行波频率满足： f静＝f动+mΩ f静＝f动‑mΩ 式中， f静表示静止坐标系的频率， f动表示动坐标系的频率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115470590 A 2用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计方 法 技术领域 [0001]本申请属于航空发动机试验技术领域， 特别涉及 一种用于验证叶片轮盘环形腔声 固耦合的模拟试验 件设计方法。 背景技术 [0002]随着航空发动机推重比的提高， 压气机内部激励环境愈发复杂， 尤其对于叶片和 轮盘组成的环形腔体， 极易诱发声固耦合振动。 与流致振动(Flow ‑Induced Vibration， FIV)相似， 当腔 体内声源的频率接近叶片固有 频率时， 叶片会发生 强迫振动， 大幅度的剧烈 振动会使得叶片发生高周疲劳破坏。 尤其是对于进口风扇转子叶片， 噪声不仅会带来叶片 大幅振动， 也会产生噪音， 使得发动机不能满足适航规定的噪音要求。 为此， 有必要在设计 阶段开展叶片 轮盘环形腔的声固耦合振动分析， 以保证叶片与轮盘的整体结构不会发生大 幅振动， 不发生声固振动疲劳破坏问题。 [0003]而现有技术中， 压气机和风扇在设计过程中通常未考虑流场发声、 声传播、 声固耦 合等带来的叶片振动问题， 对声腔共 振问题和声诱发 非整阶振动问题缺少认 识及研究。 发明内容 [0004]本申请的目的是提供了一种用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设 计方法， 以解决或减轻背景技 术中的至少一个问题。 [0005]本申请的技术方案是： 一种用于验证叶片轮盘环形腔声固耦合的模拟试验件设计 方法， 其特 征在于， 所述方法包括： [0006]通过声源激励所述叶片轮 盘环形腔， 获得 所述叶片轮 盘环形腔的声激励频率； [0007]确定所述模拟试验 件的关键几何参数； [0008]将所述模拟试验件的关键几何参数作为变量， 将所述声激励频率作为目标， 通过 使得模拟试验件的腔 体固有频率与声激励频率基本相当， 获得所述关键几何参数的最优参 数； [0009]建立盘片耦合共振分析的有限元模型， 在该有限元模型中， 所述轮盘与鼓筒作为 一个整体进行模态分析， 获得轮 盘的共振模态； [0010]对模拟试验件的频率进行分析， 模拟试验件转动时将产生行波振动， 在静止坐标 系观察模拟试验件的前行波频率、 后行波频率， 通过静止坐标系的噪声激励与转动坐标系 的轮盘振动频率， 开展行波振动分析， 确定叶片与轮 盘是否可被激起振动； [0011]开展模拟试验件的声腔共振模拟试验， 验证声激励频率、 腔体固有频率及是否发 生声固耦合振动， 若发生声腔共振则设计结束， 若 未能激起腔体共振， 则重新设计模拟试验 件的关键几何参数， 并重复上述过程。 [0012]进一步的， 所述声源为 点声源。 [0013]进一步的， 所述关键几何参数包括模拟试验件的机匣直径D1、 轮毂直径D2、 轮毂与 机匣间隙T、 腔 深D、 腔长L及轮 盘厚度t。说　明　书 1/4 页 3 CN 115470590 A 3