專利名稱：一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速旋轉(zhuǎn)燃?xì)廨啓C(jī)葉片，更特別地說，是指一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
隨著航空技術(shù)的飛速發(fā)展，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)采用的新技術(shù)也在不斷增加，寬弦風(fēng)扇葉片就是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在某種程度上可以說，寬弦風(fēng)扇葉片的研制成功與否決定大涵道比風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)成功的可能性。寬弦風(fēng)扇葉片具有增加壓氣機(jī)喘振裕度、效率高、抗外物損傷、提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力、減少葉片數(shù)和減輕重量等優(yōu)點(diǎn)，并為采用先進(jìn)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片彎掠設(shè)計(jì)提供了可能性。
早期的風(fēng)扇葉片，主要用鈦合金材料制造，在葉身距葉尖三分之一處有向兩側(cè)伸出的阻尼凸肩在葉片之間相互抵緊形成一個(gè)加強(qiáng)環(huán)。這種設(shè)計(jì)可以在一定程度上增加葉片剛性和自振頻率，在葉片振動(dòng)時(shí)，相鄰葉片凸肩接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦阻尼，降低葉片的振動(dòng)應(yīng)力。但是，氣流流過凸肩處會(huì)產(chǎn)生分離，使氣流效率降低，且實(shí)心葉片重量過大，輪盤負(fù)荷過大。帶凸肩的實(shí)心風(fēng)扇葉片不能完全適應(yīng)大推力發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)風(fēng)扇葉片的性能要求。
針對(duì)早期窄弦實(shí)心風(fēng)扇葉片存在的缺點(diǎn)，羅-羅公司于八十年代首先研制成功了第一代寬弦風(fēng)扇葉片。它用活化或液態(tài)擴(kuò)散焊接法將兩塊熱態(tài)葉片形狀的鈦板和一個(gè)內(nèi)薄壁蜂窩芯板連成一體，制成寬弦無凸肩風(fēng)扇葉片。90年代羅-羅公司在第一代蜂窩芯板寬弦葉片的基礎(chǔ)上，成功了采用鈦合金三層結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴(kuò)散連接(SPF/DB)組合工藝制成的風(fēng)扇葉片，風(fēng)扇葉片芯部采用建筑上所用的三角形桁架結(jié)構(gòu)，取代了以前寬弦風(fēng)扇葉片的內(nèi)部蜂窩芯板。這種三角形桁架結(jié)構(gòu)不僅輕質(zhì)，而且能夠承力，每片葉片重量比蜂窩芯葉片輕1％。美國(guó)普惠公司在同期研制生產(chǎn)的PW40系列渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)也采用寬弦結(jié)構(gòu)。
與早期窄弦實(shí)心帶凸肩風(fēng)扇葉片相比，寬弦無凸肩風(fēng)扇葉片在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)1)省去凸肩，減小了型面阻力和壓力損失，改善空氣動(dòng)力學(xué)特性；2)增加弦長(zhǎng)，提高了抗外物打傷能力；3)采用空心結(jié)構(gòu)，大大減輕了葉片重量。然而，這種新型的風(fēng)扇葉片失去了傳統(tǒng)的凸肩設(shè)計(jì)，葉片其自身的阻尼機(jī)制只有葉片材料及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械阻尼，不足以有效地避免因強(qiáng)迫振動(dòng)引起的葉片高循環(huán)疲勞失效。同時(shí)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高，葉片所承受的氣動(dòng)負(fù)荷也不斷增大，高負(fù)荷的氣動(dòng)設(shè)計(jì)使得由葉片高階振動(dòng)所導(dǎo)致的高循環(huán)疲勞失效頻繁發(fā)生，而試圖避開各階密集的高階共振頻率幾乎不可能。因此必須尋求各種新結(jié)構(gòu)來改善風(fēng)扇葉片的抗高循環(huán)疲勞損傷，延長(zhǎng)風(fēng)扇葉片疲勞壽命。


發(fā)明內(nèi)容
為了提高葉片的強(qiáng)度、振動(dòng)特性及壽命，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)。該葉片是由葉身和榫頭構(gòu)成。當(dāng)葉片受到氣動(dòng)載荷激勵(lì)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，葉身翼面(葉背側(cè)壁和葉盆側(cè)壁)上的振動(dòng)能量被葉身內(nèi)部的吸振板所吸收，吸振板發(fā)生振動(dòng)引起葉身內(nèi)部六個(gè)氣腔上下表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得氣腔內(nèi)氣體發(fā)生流動(dòng)。由于氣體具有粘性，氣體流動(dòng)時(shí)在固體壁面附近會(huì)存在附面層，附面層內(nèi)氣體的流動(dòng)速度并不均勻，存在粘性切應(yīng)力，為克服這些粘性力而作的功會(huì)造成流動(dòng)損失，消耗振動(dòng)能量。同時(shí)由于吸振板上節(jié)流孔的存在，氣體流向節(jié)流孔時(shí)，由于通道面積突然減小導(dǎo)致流動(dòng)速度劇烈增加，氣流流動(dòng)方向改變，流體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，發(fā)生劇烈的摩擦和動(dòng)量交換，造成能量損失，消耗振動(dòng)能量。氣動(dòng)阻尼的存在降低了葉片的振動(dòng)應(yīng)力，提高了葉片的高循環(huán)疲勞壽命。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片，由葉身和榫頭構(gòu)成，其中，葉身包括有葉背側(cè)壁、葉盆側(cè)壁、前緣、后緣、A吸振板、B吸振板、C吸振板、A支撐肋和B支撐肋。葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁相對(duì)設(shè)置在前緣與后緣之間，且葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁之間形成一流道腔體；B吸振板安裝在A支撐肋和B支撐肋之間，A支撐肋的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有A吸振板，B支撐肋的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有C吸振板，從而形成排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)；該排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)安裝在葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁形成的流道腔體內(nèi)，且通過A支撐肋和B支撐肋使得流道腔體內(nèi)部隔離成六個(gè)氣腔。所述葉身的葉型設(shè)計(jì)成具有一定扭角β＝20°～40°。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)排骨架式吸振板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在2000Hz～12000Hz頻域范圍內(nèi)吸收葉片葉身翼面的振動(dòng)能量，降低葉身的振動(dòng)應(yīng)力水平，從而解決了由于葉片模態(tài)密集而無法避開共振所導(dǎo)致的葉片高循環(huán)疲勞失效問題。
(2)排骨架式吸振板結(jié)構(gòu)中支撐肋的設(shè)計(jì)有效地提高了葉片的抗沖擊能力。
(3)在葉身空腔內(nèi)引入氣體，氣體流動(dòng)所產(chǎn)生的氣動(dòng)阻尼能夠有效抑制葉片的高頻振動(dòng)，同時(shí)不增加葉片的重量，符合現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的減重要求。
(4)葉身氣腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使氣體在流動(dòng)過程由于附面層的存在而產(chǎn)生沿程能量損失，吸振板上節(jié)流孔的設(shè)計(jì)還能夠增加氣體在流動(dòng)過程中由于氣流通道的突變而產(chǎn)生的局部能量損失。排骨架式吸振板與前后緣形成的氣腔、以及吸振板上的節(jié)流孔均極大程度地增加了葉身空腔內(nèi)的氣動(dòng)阻尼，有效地抑制吸振板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，避免了吸振板振動(dòng)應(yīng)力過大而導(dǎo)致的高循環(huán)疲勞失效。



圖1是本發(fā)明葉片的主視角度結(jié)構(gòu)圖。
圖1A是本發(fā)明葉片的后視角度結(jié)構(gòu)圖。
圖1B是本發(fā)明葉片的俯視角度結(jié)構(gòu)圖。
圖1C是本發(fā)明的葉片的分解圖。
圖1D是將本發(fā)明葉片與風(fēng)扇盤的裝配圖。
圖2是本發(fā)明葉片榫頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明葉片葉背側(cè)壁的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明葉片葉盆側(cè)壁的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明葉片前緣的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明葉片后緣的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明葉片A支撐肋的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明葉片B支撐肋的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本發(fā)明葉片與傳統(tǒng)葉片的減振效果對(duì)比圖。
圖中1.葉背側(cè)壁101.上端 102.下端 2.葉盆側(cè)壁 201.上端 202.下端 3.榫頭31.流道32.底板面 33.卡槽 34.插槽 4.前緣401.上端 402.下端 403.連接端404.弧形端405.倒角 5.后緣 501.上端 502.下端 503.連接端504.弧形端505.倒角 11.A吸振板 A節(jié)流孔11312.B吸振板B節(jié)流孔12313.C吸振板 C節(jié)流孔133 21.A支撐肋211.上端 212.下端 213.A安裝槽214.B安裝槽 22.B支撐肋221.上端 222.下端 223.C安裝槽224.D安裝槽 111.A氣腔112.B氣腔 121.C氣腔122.D氣腔131.E氣腔 132.F氣腔1A.第一葉片1B.輪盤 1C.榫槽 1D.風(fēng)扇盤 1E.外流道1F.第二葉片
具體實(shí)施例方式 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖1、圖1A、圖1B和圖1C所示，本發(fā)明的一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片是由葉身和榫頭3構(gòu)成，其中，葉身包括有葉背側(cè)壁1、葉盆側(cè)壁2、前緣4、后緣5、A吸振板11、B吸振板12、C吸振板13、A支撐肋21和B支撐肋22。
在圖1B中，A點(diǎn)為前緣4上端的弧形端的中心點(diǎn)，B點(diǎn)為后緣5上端的弧形端的中心點(diǎn)，連接A點(diǎn)與B點(diǎn)的連線稱作AB連線，AB連線正好也是本發(fā)明葉片的中弦線；C點(diǎn)為葉盆側(cè)壁2上端的中心點(diǎn)，D點(diǎn)為葉背側(cè)壁1上端的中心點(diǎn)，連接C點(diǎn)和D點(diǎn)的連線稱CD連線(也是葉片的中位線)；AB連線與CD連線的交點(diǎn)為O，且OC＝OD。
參見圖3所示，葉背側(cè)壁1是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)和第一彎角θ1的薄殼。在本發(fā)明中，為了防止外流道1E內(nèi)氣體在附面層分離，則第一彎角θ1的范圍應(yīng)當(dāng)滿足

θ1min表示第一彎角θ1取最小角度值，θ1max表示第一彎角θ1取最大角度值。所述外流道1E(如圖1D所示)是指相鄰兩個(gè)葉片(可以是第一葉片1A與第二葉片1F)之間的通道。
參見圖4所示，葉盆側(cè)壁2是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)和第二彎角θ2的薄殼。在本發(fā)明中，為了防止外流道1E內(nèi)氣體在附面層分離，則第二彎角θ2的范圍應(yīng)當(dāng)滿足

θ2min表示第二彎角θ2取最小角度值，θ2max表示第二彎角θ2取最大角度值。
參見圖2所示，榫頭3上設(shè)有流道31，榫頭3的底板面32的一端設(shè)有插槽34，另一端設(shè)有卡槽33。葉身安裝在流道31中，同時(shí)流道31用于高速氣體通過。在本發(fā)明中，葉片通過榫頭3安裝在風(fēng)扇盤1D上，卡槽33和插槽34用于實(shí)現(xiàn)葉片的軸向定位。
參見圖5所示，前緣4是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)和弧形端404的楔形塊。在本發(fā)明中，為滿足強(qiáng)度要求，連接端403從前緣4的上端401至前緣4的下端402設(shè)有倒角405，前緣4的弧形端404的半徑記為r4，r4滿足0.1852×L，L表示CD連線的長(zhǎng)度。
參見圖6所示，后緣5是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)和弧形端504的楔形塊。在本發(fā)明中，為滿足強(qiáng)度要求，連接端503從后緣5的上端501至后緣5的下端502設(shè)有倒角505，后緣5的弧形端504的半徑記為r5，r5滿足0.197×L，L表示CD連線的長(zhǎng)度。
參見圖7所示，A支撐肋21為一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)的工字梁結(jié)構(gòu)，A支撐肋21上設(shè)有的A安裝槽213和B安裝槽214；A安裝槽213內(nèi)安裝有A吸振板11的一側(cè)壁，A吸振板11的另一側(cè)壁安裝在后緣5上；B安裝槽214內(nèi)安裝有B吸振板12的一側(cè)壁，B吸振板12的另一側(cè)壁安裝在B支撐肋22的C安裝槽223內(nèi)。
參見圖8所示，B支撐肋22為一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)的工字梁結(jié)構(gòu)，B支撐肋22上設(shè)有的C安裝槽223和D安裝槽224；C安裝槽223內(nèi)安裝有B吸振板12的另一側(cè)壁；D安裝槽224內(nèi)安裝有C吸振板13的一側(cè)壁，C吸振板13的另一側(cè)壁安裝在前緣4上。在本發(fā)明中，A支撐肋21與B支撐肋22的結(jié)構(gòu)相同。加強(qiáng)肋起到支撐框架、保持葉型、形成氣流通道和固定吸振板的作用。參見圖2所示，A吸振板11是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)的薄板，A吸振板11根據(jù)A吸振板11的阻尼比

進(jìn)行A節(jié)流孔113的設(shè)置。
A吸振板11的阻尼比

其中，

K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，

μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A11表示A吸振板11的表面積(長(zhǎng)×寬＝LA×LB)；H11表示A吸振板11的厚度；r11表示A節(jié)流孔113的半徑；ra表示相鄰兩個(gè)A節(jié)流孔113的孔心距離的一半；ρ11表示A吸振板11所選取材料的密度；E11表示A吸振板11所選取材料的彈性模量。
參見圖2所示，B吸振板12是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)的薄板，B吸振板12根據(jù)B吸振板12的阻尼比

進(jìn)行B節(jié)流孔123的設(shè)置。
B吸振板12的阻尼比

其中，

K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，

μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A12表示B吸振板12的表面積；H12表示B吸振板12的厚度；r12表示B節(jié)流孔123的半徑；rb表示相鄰兩個(gè)B節(jié)流孔123的孔心距離的一半；ρ12表示B吸振板12所選取材料的密度；E12表示B吸振板12所選取材料的彈性模量。
參見圖2所示，C吸振板13是一個(gè)具有一定扭角β(β＝20°～40°)的薄板，C吸振板13根據(jù)C吸振板13的阻尼比

進(jìn)行C節(jié)流孔133的設(shè)置。
C吸振板13的阻尼比

其中，

K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，

μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A13表示C吸振板13的表面積；H13表示C吸振板13的厚度；r11表示C節(jié)流孔133的半徑；rc表示相鄰兩個(gè)C節(jié)流孔133的孔心距離的一半；ρ13表示C吸振板13所選取材料的密度；E13表示C吸振板13所選取材料的彈性模量。
在本發(fā)明中，三個(gè)吸振板上設(shè)置的節(jié)流孔的直徑和分布密度(節(jié)流孔間距離)是其設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。如果節(jié)流孔的直徑過大，則有太多氣體從節(jié)流孔中流出流入，就會(huì)因?yàn)榻档颓粌?nèi)氣體的流動(dòng)速度而減少了沿程流動(dòng)損失。如果節(jié)流孔的直徑過小，則不能獲得很好的局部氣動(dòng)阻尼。因此通過設(shè)置節(jié)流孔直徑和節(jié)流孔間距離能夠獲得更好的氣動(dòng)阻尼。若A吸振板11、B吸振板12和C吸振板13的固有頻率為ωs，葉片固有頻率為ωb，則有所述的三個(gè)吸振板的幾何尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足頻率比

應(yīng)盡量接近1的設(shè)計(jì)要求。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片的裝配為 葉背側(cè)壁1與葉盆側(cè)壁2相對(duì)放置，前緣4與后緣5相對(duì)放置，然后將葉背側(cè)壁1與葉盆側(cè)壁2安裝在前緣4與后緣5之間，且葉背側(cè)壁1與葉盆側(cè)壁2之間形成一流道腔體。
三塊吸振板分別通過兩個(gè)支撐肋連接形成排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)，該排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)置于所述流道腔體中。即B吸振板12的兩側(cè)安裝在A支撐肋21和B支撐肋22的安裝槽內(nèi)，A支撐肋21的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有A吸振板11，B支撐肋22的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有C吸振板13，從而形成排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉片為滿足氣動(dòng)性能作功量的要求，葉身的葉型是具有一定扭角β的，且扭角β＝20°～40°。
所述流道腔體被所述排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)分隔成六個(gè)氣腔，即A吸振板11與葉背側(cè)壁1之間有A氣腔111，A吸振板11與葉盆側(cè)壁2之間有B氣腔112；B吸振板12與葉背側(cè)壁1之間有C氣腔121，B吸振板12與葉盆側(cè)壁2之間有D氣腔122；C吸振板13與葉背側(cè)壁1之間有E氣腔131，C吸振板13與葉盆側(cè)壁2之間有F氣腔132；上述六個(gè)氣腔能夠使進(jìn)入的氣流形成沿程阻尼結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)氣腔與各自的吸振板上的節(jié)流孔的配合形成了局部阻尼結(jié)構(gòu)。針對(duì)每一個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)詳細(xì)地說，A氣腔111和B氣腔112與A吸振板11上的A節(jié)流孔113的配合形成第一個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)；C氣腔121和D氣腔122與B吸振板12上的B節(jié)流孔123的配合形成第二個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)；E氣腔131和F氣腔132與C吸振板13上的C節(jié)流孔133的配合形成第三個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)。
參見圖1D所示，將本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉片安裝在風(fēng)扇盤1D上，即風(fēng)扇盤1D的每?jī)蓚€(gè)輪盤1B之間的榫槽1C內(nèi)安裝有葉片的榫頭3，兩個(gè)葉片(第一葉片1A、第二葉片1F)之間存在有外流道1E。
為了驗(yàn)證本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉片結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)葉片結(jié)構(gòu)的減振效果，圖9給出了傳統(tǒng)葉片和本發(fā)明葉片的振動(dòng)位移頻域圖，由圖中看出，在2000Hz～12000Hz頻域范圍內(nèi)，本發(fā)明的排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)的振動(dòng)位移遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)葉片，具有很好的振動(dòng)抑制效果。
本發(fā)明提供的一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)，當(dāng)葉片受到氣動(dòng)載荷激勵(lì)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，葉身側(cè)壁上的振動(dòng)能量被內(nèi)部的吸振板吸收，吸振板振動(dòng)引起氣腔內(nèi)氣體流動(dòng)。氣體流動(dòng)時(shí)為克服附面層內(nèi)的粘性切應(yīng)力而作功，消耗振動(dòng)能量。排骨架式的多吸振板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在很寬的頻域范圍內(nèi)吸收葉片葉身翼面的振動(dòng)能量，降低葉身的振動(dòng)應(yīng)力水平，從而解決了由于葉片模態(tài)密集而無法避開共振所導(dǎo)致的葉片高循環(huán)疲勞失效問題；多氣腔結(jié)構(gòu)和節(jié)流孔的設(shè)計(jì)使氣體在流動(dòng)過程同時(shí)產(chǎn)生沿程能量損失和局部能量損失，極大程度地增加了葉身空腔內(nèi)的氣動(dòng)阻尼，從而有效地抑制吸振板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，避免了吸振板振動(dòng)應(yīng)力過大而導(dǎo)致的高循環(huán)疲勞失效。本發(fā)明提供的一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)，在有效抑制葉片的高頻振動(dòng)的同時(shí)，不增加葉片的重量，符合現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、高推重比的要求。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片，其特征在于該葉片是由葉身和榫頭(3)構(gòu)成，其中，葉身包括有葉背側(cè)壁(1)、葉盆側(cè)壁(2)、前緣(4)、后緣(5)、A吸振板(11)、B吸振板(12)、C吸振板(13)、A支撐肋(21)和B支撐肋(22)；A支撐肋21與B支撐肋22的結(jié)構(gòu)相同；
葉背側(cè)壁(1)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°和第一彎角θ1的薄殼；第一彎角θ1的范圍應(yīng)當(dāng)滿足
θ1min表示第一彎角θ1取最小角度值，θ1max表示第一彎角θ1取最大角度值；
葉盆側(cè)壁(2)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°和第二彎角θ2的薄殼；第二彎角θ2的范圍應(yīng)當(dāng)滿足
θ2min表示第二彎角θ2取最小角度值，θ2max表示第二彎角θ2取最大角度值；
榫頭(3)上設(shè)有流道(31)，榫頭(3)的底板面(32)的一端設(shè)有插槽(34)，另一端設(shè)有卡槽(33)；
前緣(4)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°和弧形端(404)的楔形塊；所述弧形端(404)的半徑r4滿足0.1852×L，L表示CD連線的長(zhǎng)度；
后緣(5)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°和弧形端(504)的楔形塊；所述弧形端(504)的半徑r5滿足0.197×L，L表示CD連線的長(zhǎng)度；
A支撐肋(21)為一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°的工字梁結(jié)構(gòu)，A支撐肋(21)的A安裝槽(213)內(nèi)安裝有A吸振板(11)的一側(cè)壁，A吸振板(11)的另一側(cè)壁安裝在后緣(5)上；B安裝槽(214)內(nèi)安裝有B吸振板(12)的一側(cè)壁，B吸振板(12)的另一側(cè)壁安裝在B支撐肋(22)的C安裝槽(223)內(nèi)；B支撐肋(22)為一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°的工字梁結(jié)構(gòu)，B支撐肋(22)的C安裝槽(223)內(nèi)安裝有B吸振板(12)的另一側(cè)壁；D安裝槽(224)內(nèi)安裝有C吸振板(13)的一側(cè)壁，C吸振板(13)的另一側(cè)壁安裝在前緣(4)上；A吸振板(11)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°的薄板，A吸振板(11)根據(jù)A吸振板的阻尼比
進(jìn)行A節(jié)流孔(113)的設(shè)置；A吸振板的阻尼比
其中，
K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，
μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A11表示A吸振板11的表面積；H11表示A吸振板11的厚度；r11表示A節(jié)流孔113的半徑；ra表示相鄰兩個(gè)A節(jié)流孔113的孔心距離的一半；ρ11表示A吸振板11所選取材料的密度；E11表示A吸振板11所選取材料的彈性模量；
B吸振板(12)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°的薄板，B吸振板(12)根據(jù)B吸振板的阻尼比
進(jìn)行B節(jié)流孔(123)的設(shè)置；B吸振板的阻尼比
其中，
K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，
μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A12表示B吸振板12的表面積；H12表示B吸振板12的厚度；r12表示B節(jié)流孔123的半徑；rb表示相鄰兩個(gè)B節(jié)流孔123的孔心距離的一半；ρ12表示B吸振板12所選取材料的密度；E12表示B吸振板12所選取材料的彈性模量；
C吸振板(13)是一個(gè)具有一定扭角β＝20°～40°的薄板，C吸振板(13)根據(jù)C吸振板的阻尼比
進(jìn)行C節(jié)流孔(133)的設(shè)置；C吸振板的阻尼比
其中，
K(ε)＝4ε2-ε4-4lnε-3，
μ表示氣體粘性阻尼系數(shù)；A13表示C吸振板13的表面積；H13表示C吸振板13的厚度；r11表示C節(jié)流孔133的半徑；rc表示相鄰兩個(gè)C節(jié)流孔133的孔心距離的一半；ρ13表示C吸振板13所選取材料的密度；E13表示C吸振板13所選取材料的彈性模量；
葉背側(cè)壁(1)與葉盆側(cè)壁(2)相對(duì)放置，前緣(4)與后緣(5)相對(duì)放置，然后將葉背側(cè)壁(1)與葉盆側(cè)壁(2)安裝在前緣(4)與后緣(5)之間，且葉背側(cè)壁(1)與葉盆側(cè)壁(2)之間形成一流道腔體；三塊吸振板分別通過兩個(gè)支撐肋連接形成排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)；將所述排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)置于所述流道腔體中進(jìn)行裝配構(gòu)成了葉片的葉身；所述葉身安裝在榫頭(3)的流道(31)中；
所述流道腔體被所述排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)分隔成六個(gè)氣腔，即A吸振板(11)與葉背側(cè)壁(1)之間有A氣腔(111)，A吸振板(11)與葉盆側(cè)壁(2)之間有B氣腔(112)；B吸振板(12)與葉背側(cè)壁(1)之間有C氣腔(121)，B吸振板(12)與葉盆側(cè)壁(2)之間有D氣腔(122)；C吸振板(13)與葉背側(cè)壁(1)之間有E氣腔(131)，C吸振板(13)與葉盆側(cè)壁(2)之間有F氣腔(132)；A氣腔(111)和B氣腔(112)與A吸振板(11)上的A節(jié)流孔(113)的配合形成第一個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)；C氣腔(121)和D氣腔(122)與B吸振板(12)上的B節(jié)流孔(123)的配合形成第二個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)；E氣腔(131)和F氣腔(132)與C吸振板(13)上的C節(jié)流孔(133)的配合形成第三個(gè)局部阻尼結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片，其特征在于A吸振板(11)、B吸振板(12)和C吸振板(13)的固有頻率為ωs，葉片固有頻率為ωb，則有所述的三個(gè)吸振板的幾何尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足頻率比
應(yīng)盡量接近1的設(shè)計(jì)要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)置排骨架式氣動(dòng)阻尼的葉片結(jié)構(gòu)，該葉片由葉身和榫頭構(gòu)成，其中，葉身包括有葉背側(cè)壁、葉盆側(cè)壁、前緣、后緣、A吸振板、B吸振板、C吸振板、A支撐肋和B支撐肋；葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁安裝在前緣與后緣之間，且葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁之間有一流道；B吸振板安裝在A支撐肋和B支撐肋之間，A支撐肋的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有A吸振板，B支撐肋的另一側(cè)的安裝槽內(nèi)安裝有C吸振板，從而形成排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)；排骨架式氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)安裝在葉背側(cè)壁與葉盆側(cè)壁形成的流道內(nèi)。本發(fā)明葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在很寬的頻域范圍內(nèi)吸收葉身翼面的振動(dòng)能量，降低葉身的振動(dòng)應(yīng)力水平，從而解決了由于葉片模態(tài)密集而無法避開共振所導(dǎo)致的葉片高循環(huán)疲勞失效問題。
文檔編號(hào)F02K3/04GK101825115SQ20101013923
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者陳璐璐, 馬艷紅, 洪杰, 張大義 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)