بررسي اثر انعطاف پذيري ديسك بر فلاتر و پاسخ آيروالاستيك ديسك پره در حضور ناميزاني در فركانس و نيروي تحريك

Effects of the Disk Flexibility on the Flutter and Aeroelastic Response of Mistuned Bladed Disks

در اين مقاله فلاتر و پاسخ آيروالاستيك سازه ديسك پره در حضور ناميزاني و تحت تحريك مرتبه موتور، با هدف بررسي اثر خواص سازه اي ديسك و تدوين روش تحليل كارآي مساله مورد مطالعه قرار گرفته است. براي مدل سازي اندركنش سازه و سيال از نظريه جريان دوبعدي تراكم ناپذير وايتهد و براي مدل سازي سازه نيز از مدل چهاردرجه آزادي جرم و فنر شامل خمش و پيچش در مقطع فرضي پره و خمش و پيچش در ديسك استفاده شد كه قادر به احتساب اثر وابستگي سازه اي حركت قطاع هاي مجاور و همچنين انعطاف پذيري ديسك خواهد بود. براي حل از شكل مودهاي موج متحرك سازه ديسك پره بدون ناميزاني براي بسط پاسخ سيستم ناميزان استفاده شد كه به علت نياز به محاسبه نيروهاي آيروديناميك به طور جداگانه براي هر مود موج متحرك، روش مناسبي براي تحليل آيروالاستيك است. در نهايت از حل به دست آمده براي تعيين اثر انعطاف پذيري ديسك روي ناپايداري، تغييرات فركانس هاي طبيعي مودهاي پيچشي و خمشي با تعداد گره هاي قطري و همچنين ميزان افزايش دامنه ارتعاش تحت اثر ناميزاني استفاده شد. همچنين اثر دو نوع ناميزاني شامل ناميزاني در فركانس پيچشي پره ها و ناميزاني در تحريك مرتبه موتور مورد توجه قرار گرفت. مطالعات پارامتريك، امكان وقوع تغييرات قابل توجه در رفتار ارتعاشي و رفتار آيروالاستيك سيستم را در حضور ناميزاني براي ديسك با سفتي خمشي پايين نشان مي داد، به طوري كه به ازاي مقدار خاصي از فركانس طبيعي ديسك پاسخ بيشينه سيستم در حالت ناميزان نسبت به حالت ميزان تا حدود 8برابر افزايش مي يافت.

In the present study, the flutter and aeroelastic response of mistuned bladed disks to the engine order excitation are studied with the aim of determining the effects of disk structural properties and also establishing an efficient method of analysis. For modeling the solid-fluid interaction, the Whitehead’s incompressible, two dimensional cascade theory is used. The structure is also modeled, using a 4 degrees of freedom lumped mass-spring system, which accounts for the bending and torsional deformation of the blade and the disk. This model would enable us to study the effect of structural coupling of adjacent sections as well as the disk flexibility. The solution is based on expansion of the mistuned-blade response in terms of the traveling-wave modes of a tuned bladed disk. The adopted method would be appropriate for determining the aeroelastic response, since the aerodynamic loads are available only for each individual traveling-wave mode. The obtained solution is used to study the effects of disk flexibility on the aeroelastic instability, variations of natural frequencies with different numbers of nodal diameters, and the sensitivity of the vibration amplitude response to the mistuning. Furthermore, the effects of mistuning in blades torsional frequencies and the mistuning in engine order excitation is considered. Parametric studies show that for disks with a lower bending stiffness, the mistuning can significantly influence the aeroelastic behavior such that the for a certain amount of the natural frequency, the disk response could be increased more than 8 times due to the presence of mistuning.