ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Флаттер и вибрации лопаток из "Аэродинамика решеток турбомашин " В то время как для крыльев самолетов характерен изгибно-крутильный флаттер, у жестких и густых решеток турбомашин такой комбинированный флаттер встречается реже. Флаттер такого типа в турбомашннах описан в работах [8.73, 8.74]. [c.240] Для решетчатых систем более общим случаем является флаттер с одной степенью свободы. Он возникает, когда аэродинамическое возбуждение преобладает над механическим демпфированием. Механическое демпфирование в лопаточных венцах обычно невелико, хотя его можно увеличить с помощью специальной заделки лопаток. В любом случае рассчитать механическое демпфирование довольно трудно. Консервативные расчетчики предпочитают его не учитывать и определяют границу флаттера по величине аэродинамического демпфирования если оно положительно, то система считается устойчивой, а если отрицательно — неустойчивой. [c.240] В высокооборотных вентиляторах и компрессорах появление флаттера лопаток накладывает ограничения на диапазон эксплуатационных режимов. На рис. 8.6 показаны границы областей наиболее распространенных видов флаттера лопаток, за которыми работа турбомашины становится опасной из-за возможной поломки. [c.240] наконец, наиболее часто встречается дозвуковой срывной флаттер. Как указывалось ранее, возникающее на дозвуковых режимах срывное течение взаимодействует с аэроупругим возбуждением лопаток, как в случае изолированных профилей. Однако в последнее время на основе систематических экспериментальных данных сделан вывод, что срыв потока не является условием возникновения срывного флаттера более обосновано его называть флаттером нагруженных лопаток [8.77]. Экспериментальные данные работы [8.78], в противоположность этому выводу, свидетельствуют о том, что флаттер возникает только в том случае, когда реализуется полностью срывное обтекание лопаток. Поскольку подходы, развитые для расчета бессрывного и срывного флаттера, различаются, для удобства два этих понятия следует сохранить и рассматривать раздельно. [c.241] Лопатки турбин также подвержены флаттеру, поэтому в последующем изложении отдельно будут рассмотрены и эти вопросы. [c.242] В первом исследовании флаттера лопаток в решетке рассматривались тонкие профили, колеблющиеся в противофазе [8.79]. Для этого случая характерно наибольшее аэродинамическое демпфирование. В последующих работах рассматривалось взаимодействие лопаток, колеблющихся в фазе [8.80]. [c.242] Классическая линейная теория дозвукового флаттера основывается на решении уравнений для плоских пластин при нулевом угле атаки в равномерном потоке. [c.242] В 1960 г. был проведен систематический анализ и составлены подробные таблицы сил и моментов, действующих на колеблющиеся профили в решетке [8.81] впоследствии этот анализ был распространен на профили при различных углах атаки [8.82], а также применительно к крутильному флаттеру и изогнутым профилям. К сожалению, результаты этих исследований не соответствуют какой-либо из практических проблем флаттера лопаток, указанных на рис. 8.6, поэтому применение их ограничено. В работе [8.83] показано, что для некоторых значений фазовых углов лопаток небольшие изменения толщин, углов изгиба и установки, а также углов атаки профилей оказывают весьма существенное влияние на пульсации подъемной силы и момента. [c.242] Классическая теория флаттера решеток была усовершенствована с учетом эффектов сжимаемости при дозвуковых течениях [8.84]. Сжимаемость потока приводит к явлению акустического резонанса, при котором через акустическое излучение происходят подвод энергии к лопаткам и ее отвод, что оказывает существенное влияние на аэродинамическое демпфирование. По существу задачи вибраций лопаток и генерации шума становятся идентичными. Теория этого явления разработана Смитом [8.85]. [c.242] В направлении лучшего моделирования условий нестационарного течения на выходных кромках. [c.243] В случае сверхзвуковых течений для большинства компрессоров и вентиляторов упрощенная решетка плоских пластин близка к действительной. Несмотря на сверхзвуковую относительную скорость потока, трансзвуковые лопаточные венцы компрессоров обычно имеют дозвуковую осевую составляющую скорости. Это приводит к усложнению картины течения перед лопаточным венцом и за ним и к необходимости учета интерференции лопаток. [c.243] Первое решение задачи о колебаниях решетки пластин опубликовано в 1966 г. Гореловым [8.88]. Вслед за ним последовал ряд работ западных авторов [8.89—8.94]. И хотя в этих исследованиях используются различные подходы, они согласуются между собой и взаимно дополняют друг друга. Указывается на возможность крутильного флаттера в широком диапазоне условий. Однако при сравнении результатов работ [8.90] и [8.94] было обнаружено [8.73], что в обеих работах положение скачков уплотнения не соответствует действительному у периферии трансзвукового вентилятора. И это неудивительно, поскольку положение ударных волн нельзя точно рассчитать по теории стационарного течения. [c.243] Делались попытки учесть в методах расчета толщины и углы изгиба профилей, влияние которых мол ет быть весьма существенным при низких частотах [8.95—8.97]. Однако ясно, что не менее важно улучшить теоретическое представление ударных волн и их взаимодействия с пограничным слоем. В работе [8.98] утверлсдается и демонстрируется на практике, что наилучший путь усовершенствования теории флаттера состоит в физическом моделировании явления при экспериментальных исследованиях плоских решеток. [c.243] Срывной флаттер, по-видимому, возникает тогда, когда аэродинамическое демпфирование становится отрицательным при срыве потока с лопаток. Аэродинамическое демпфирование является функцией частной производной подъемной силы по углу атаки. При срыве потока эта производная становится отрицательной, что приводит к возникновению вынужденных колебаний лопаток. К лопаткам подводится энергия из основного потока в результате временного запаздывания, возникающего при срыве. [c.243] С интенсивными колебаниями лопаток. Дополнительные данные по этому вопросу были получены в специальных экспериментах со срывом потока с передних кромок лопаток, заложенном в расчетных моделях [101]. [c.244] Путем использования теоретически видоизмененной формы уравнения Поссио совместно с экспериментальными данными по фазовому сдвигу удалось обнаружить значительное уменьще-ние демпфирования при больших значениях приведенной частоты в условиях отрыва потока [8.104]. [c.244] Нестационарность давления на тонких компрессорных профилях, вызванная срывным флаттером, в основном проявляется в области максимума скорости на спинке лопаток. [c.244] Определенное несоответствие описанным выше выводам получено в работе [8.77], в которой измерения за вентилятором и результаты экспериментального исследования компрессорной решетки позволили заключить, что срыв потока не является обязательным условием срывного флаттера профилей в решетке. В этой работе указывается также, что наиболее важным параметром, влияющим на аэроупругую устойчивость решеток, является фазовый угол колебаний лопаток. Для разрешения таких очевидных противоречий необходимы дальнейшие широкие экспериментальные исследования как решеток, так и компрессоров. [c.244] В большинстве случаев подобного рода наблюдения проводились на колеблющихся изолированных профилях. Нестационарность течения и динамика срыва в турбомашинах значительно более сложны. В разрешении трудных проблем срывного флаттера важную роль могут сыграть новые результаты, получаемые на изолированных профилях, в теоретических и экспериментальных исследованиях решеток. [c.245] Вернуться к основной статье