Способ исследования аэродинамической связности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке Советский патент 1987 года по МПК G01M7/00 G01M9/00 

1359

щего генератора 9 через фазовращатель 10 и усилитель 12 в проточную tecть аэродинамической трубы 1 с частотой., равной частоте колебаний опорной лопатки. Задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опорной лопатки, изменяют его в пределах до 21Т рад и по изменению

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам определения запаса аэроупругой устойчивости лопаток в лопаточном венце турбомашины по экспериментальному исследованию аэродинамической связности колебаний лопаток одиночной решетки в потоке.

Целью изобретения является повьше- ние 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 аэродинамического декремента &д колебаний лопаток одиночной .плоской решетки от сдвига фаз q), колебаний соседних лопаток .

В проточной части дозвуковой аэродинамической трубы 1 устанавливают две группы лопаток 2 одиночной плоской решетки, закрепляемых неподвижно с двух сторон проточной Части аэродинамической трубы 1. Группу консольных лопаток 3, состоящую из трех (или более) .лопаток, вывешивают на независи- мьпс струнных подвесках 4 в ту же решетку между двумя группами лопаток 2, при этом все лопатки 3 закреплены в индивидуальных массивных телах 5 на упругих элементах 6 возвратно-пос- ТУпательных перемещений. На массивных телах 5 закреплены и индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 7. Группы лопаток 2 и 3 образуют

величины аэродинамического демпфирования опорной лопатки выявляют отсутствие акустического резонанса. По минимальной величине аэродинамического демпфирования при этих значениях сдвига фаз определяют запас аэроупругой устойчивости. 2 ил.

10

16

единую плоскую решетку конечной длины с постоянными углами установки и выноса всех лопаток по фронтуj при этом решетка геометрически соответст5 вует 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, ас 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

20 индивидуальным электромагнитным вибровозбудителям 7 и электроакустичес- .кому излучателю 8 через последовательно соединенные фазовращатели 10, регуляторы 11 поддержания одиночных амплитуд колебаний, установленные только в трех цецях возбуждения колебаний лопаток 3, усилители 12 мощнос- ти. На основаниях упругих элементов 16 наклеены тензодатчики 13, подклю ченные через тензостанцию 14 к ре-, гистратору 15 колебаний - светолуче- вому осциллографу. Управляющие входы регуляторов 11 поддержания одинаковых амплитуд колебаний подключены к

35 соответствующим выходам тензостан- .ций 14.

I Способ осуществляется следующим образом. : Первоначально возбуждают без пода40 чи потока одновременные колебания всех лопаток 3 с одинаковыми амплиту25

дами и произвольно задаваемым, но одинаковым от лопатки к лопатке сдвигом фаз колебаний. Для этого с выхода генератора 9 с частотой, отличной от собственных частот колебаний лопаток 3 на упругих элементах 6 не более, чем на 0,5%, подают переменные напряжения на входы трех фазовращателей 10 в цепях возбуждения колебаний лопаток 3, на выходе которых оно приобретает задаваемый одинаковый сдвиг фаз. Далее переменное напряжение, минуя невключенные регуляторы I1, попадает на входы усилителей 12 мощности, а с их выходов на индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 7, приводя лопатки 3 в одновременные, не связанные аэродинамически, колебания с заданными сдвигами фаз. Амплитуды возвратно-поступательных (т.е. соответствующих изгиб- ным.) перемещений одновременных колебаний лопаток 3 при заданном сдвиге фаз замеряют по сигналам тензодатчи- ков 13, прошедшим усиление в тензо- станции 14, регистратором 15 - осциллографом, прошедшим предварительную тарировку отключения световых лучей от значений перемещений лопаток 3. Амплитуды перемещений одновременных колебаний лопаток 3 доводят до одинакового уровня путем регулирования выходных напряжений на усилителях 12. Производят включение регуляторов 11 подачей постоянного напряжения от внешнего источника питания (не показан) , при этом напряжение обратной связи с выходных каналов тензостан- ции 14, поступая в регуляторы П, устанавливает ток, соответствующий колебаниям лопаток 3 с одинаковьми

амплитудами.

I

Подают воздух в проточную часть аэродинамической трубы 1, параметры которого неизменны по высоте и фронту одиночной плоской решетки лопаток 2 и 3. Колеблющиеся лопатки 3 при этому упруго нагружаются потоком. Возникшая аэродинамическая связность колебаний лопаток 3 приводит к энергообмену между лопатками решетки. Аэродинамическую связность одновременных колебаний лопаток 3 оценивают по аэродинамическому демпфированию лопаток в составе решетки во всем диапазоне задаваемых сдвигов фаз Cf, совместных колебаний лопаток 3 от О до 2 ТГ рад с помощью величины аэродийа

3596984

намического декремента колебаний Sg опорной лопатки - центральной в группе лопаток 3. Для определения величиSn необходимо первоначально опре15

20

30

ны

делить величину демпфирования опорной лопатки в потоке д, которая учитывает два вида рассеяния энергии: аэродинамическое и механическое. Оп10 ределяют 5. после срыва напряжения электромагнитного возбуждения на усилителе 12 в цепи опорной лопатки по записи на фотобумагу регистратора 15 виброграммы затухания в потоке колебаний опорной лопатки от начального значения амплитуды, которое одинаково у всех трех колеблющихся лопаток 3. Регуляторы 11 поддерживают неизменными начальные значения амплитуд колебаний соседних лопаток при записи всех виброграмм затухания опорной лопатки в диапазоне задаваемых сдвигов фаз совместных колебаний лопаток 3 от О до 2 iT рад. Затем определяют

25 величину механического демпфирования „ опорной лопатки без потока (S ) при равных условиях колебательного процесса -лопаток 3, а величину аэродинамического декремента колебаний о опорной лопатки определяют как разность S S -,, Строят зависиа i,

мость величины аэродинамического декремента лопаток к одиночной решетки от сдвига фаз Ц), колебаний соседних лопаток.

На фиг.2 представлена зависимость величины аэродинамического декремента S g лопаток одиночной решетки от сдвига фаз ср, колебаний соседних ло- 40 паток в диапазоне от О до 2Т рад для плоской компрессорной решетки с относительным шагом t/b 1, где мм- хорда профиля лопатки. Лопатки установлены в решетку с углом выноса 45 fi - О без углов атаки к набегающему потоку. Приведенная частота возвратно-поступательных колебательных перемещений (число Струхаля) равна 0,09.

В натурном лопаточном венце турбо- gQ машины при его работе может реализоваться любой сдвиг фаз ср, колебаний лопаток в диапазоне от О до 2(Град, поэтому запас аэроупругой устойчивости лопаток оценивают величиной L, со- сс ответствующей минимальному значению аэродинамического декремента колебаний S q опорной лопатки простейшей модели лопаточного венца - одиночной решетки. Исследуемая одиночная решетка лопаток в потоке подлежит проверк на наличие в ней акустического резонанса при сдвиге фаз колебаний лопаток 3, соответствующему минимальному значению аэродинамического демпфирования лопаток (фиг. 2, прид| «Т/2). Дпя этого вновь возбуждают одновре- менньТе колебания лопаток 3 в потоке со сдвигом фаз между ними cf , соответствующим 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 аэродинамической трубы I акустически синусоидальные волны с частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки. Повторяют определение величины , изменяя с помощью фазовращателя 30 в цепи электроакустического излучателя 8 сдвиг фаз if в диапазоне от О до 2Т рад по отношению к колебаниям опорной лопатки при постоянном напряжении на выходе усилителя I2, По наличию изменения величины Sa демпфирования опорной лопатки в потоке (на 10-15% и более), связанную с изменением сдвига фаз t колебаний выражающемуся в изменении абсциссы точка А (фиг.2, L var) при акустическом сигнале, выявляют акустичес- кий резонанс одиночной решетки, фиксируя таким образом наличие интенсивной аэроакустической связности коле- g руемого натурного лопаточного венца

баний лопаток одиночной решетки. Затем возбуждают одновременные колебания лопаток 3 в потоке со сдвигом в

фаз между ними ( , соответствующим следующему минимальному значению величины S Q в диапазоне изменения cj), от О до 2 if рад (фиг. 2, точка Б). Повторно воздействуют на решетку в потоке акустическими синусоидальными вол- нами с частотой, равной частоте коле- 45 баний опорной лопатки, и вновь определяют зависимость величины от сдвига фаз колебаний tp в диапазоне от О до 21( рад. По отсутствию изменения величины SQ демпфирования опор- до ной лопатки (изменение S составляет

При этом все возбуждаемые лопатки 3 одиночной кольцевой решетки вывешивают на независимых подвесках в цилиндрической проточной части аэроди- 40 намической трубы I. Электроакустичес кий излучатель 8 устанавливают в это случае в наружном цилиндрическом кор пусе проточной части аэродинамической трубы за лопатками 3.

менее 10%) при изменении сдвига фаз Ср колебаний, выражающемуся в постоянстве абсциссы точки Б (фиг.2, L const) при .акустическом сигнале, gg ток путем выявления в одиночной ре- фиксируют отсутствие интенсивной - шетке акустического резонанса при аэроакустической связности колебаний минимальном значении аэродинамичесФормула изобретения

Способ исследования аэродинамиче кой связности колебаний лопаток плос кой решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. № 1048344, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности определения запаса аэроупругой устойчивости лопа

лопаток одиночной решетки, выявляя таким образом отсутствие акустичес

ного резонанса при сдвиге фазс колебаний соседних лопаток в- потоке. аэроупругой устойчивости лопаток моделируемого натурного лопаточ- Hqro венца турбомашины принимают равным значению L , полученному в одиночной решетке, при котором акустический резонанс в одиночной рещетке

0 отсутствует. При наличии нескольких минимальных значений аэродинамического демпфирования лопаток в составе моделирующей одиночной рещетки запас аэроупругой устойчивости лопаток со5 ответствующего натурного лопаточного венца турбомашины принимают равным тому минимальному значению величины S g лопаток в составе одиночной решетки, при котором акустический ре0 зонанс в одиночной решетке отсутствует. .

Вариантом осуществления предлагаемого способа является определение запаса аэроупругой устойчивости лопаток натурного лопаточного венца тур- бомащины по исследованию аэродинамической связности колебаний лопаток более сложной физической модели одиночной кольцевой решетки, параметры потока в которой переменны по радиусу. Общее количество лопаток 2 и 3 одиночной кольцевой решетки соот- етствует количеству лопаток модели g руемого натурного лопаточного венца

45 до

При этом все возбуждаемые лопатки 3 одиночной кольцевой решетки вывешивают на независимых подвесках в цилиндрической проточной части аэроди- 40 намической трубы I. Электроакустический излучатель 8 устанавливают в этом случае в наружном цилиндрическом корпусе проточной части аэродинамической трубы за лопатками 3.

ток путем выявления в одиночной ре- шетке акустического резонанса при минимальном значении аэродинамичесФормула изобретения

Способ исследования аэродинамической связности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке по авт. св. № 1048344, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности определения запаса аэроупругой устойчивости лопакого демпфирования лопаток, дополнительно воздействуют на лопатки синусоидальными акустическими волнами частотой, равной частоте колебаний опорной лопатки, для которой определяют демпфирование, -задают сдвиг фаз акустических волн относительно колебаний опррной лопатки, изменяют его в пределах до ZIT 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 азродинамического демпфирования при этих значениях сдвига фаз определяют запас аэроупругой устойчивости.

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

Лг.%

ZSffi

Редактор Л.Повхан

Составитель А.Зосимрв

Техред М.Ходанич Корректор С,Шекмар

Чаказ 6149/46Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4