陆庆飞

(中国燃气涡轮研究院，四川 成都 610500)

1 引言

叶片颤振是流动诱发的自激振动，其触发机制与叶片的结构参数和振动叶片的非定常流动状况紧密相关。随着航空发动机向高推重比方向发展，在级负荷增大、叶片相对厚度减小、部件刚性下降等因素的影响下，叶片颤振故障频发，已成为高性能航空发动机研制过程中急需解决的挑战性问题。叶片颤振故障常常造成灾难性的后果，而解决故障要耗费大量的人力、财力。

目前，预测叶片颤振的方法一般有三类：经验法、半经验法和计算流体力学法(即能量法)。经验法通过大量的试验来建立叶片颤振数据库；半经验法从流体力学的基本方程组出发，同时又引入工程试验数据。本文采用的是计算流体力学法，该方法能准确捕捉到叶片表面的压力分布和激波振荡，有助于了解叶片的颤振机理，逐步积累叶片颤振的数据，适合工程应用[1]。

2 计算方法简介

以结构动力学方法(用ANSYS软件)确定叶片振型、自振频率和振幅分布后，假设叶片作简谐振动，得出叶片结构运动方程(体现在网格的运动规律上)。然后将这种位移规律纳入振动叶片的非定常流场数值模拟中，计算叶片上的非定常气动力及气动力所做的功，最后采用能量法来评估颤振发作的几率。能量法采用能量的观点来建立气动弹性稳定性判别原则。当叶片由于某种原因产生振动时，会与周围的气体发生能量交换，如果叶片向气流传递能量，即非定常气动力对叶片做负功，则叶片振动将会衰减；……