بررسی اثر انعطاف‌پذیری دیسک بر فلاتر و پاسخ آیروالاستیک دیسک‌پره در حضور نامیزانی در فرکانس و نیروی تحریک

در این مقاله فلاتر و پاسخ آیروالاستیک سازه دیسک پره در حضور نامیزانی و تحت تحریک مرتبه موتور، با هدف بررسی اثر خواص سازه ای دیسک و تدوین روش تحلیل کارآی مساله مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی اندرکنش سازه و سیال از نظریه جریان دوبُعدی تراکم ناپذیر وایتهد و برای مدل سازی سازه نیز از مدل چهاردرجه آزادی جرم و فنر شامل خمش و پیچش در مقطع فرضی پره و خمش و پیچش در دیسک استفاده شد که قادر به احتساب اثر وابستگی سازه ای حرکت قطاع های مجاور و همچنین انعطاف پذیری دیسک خواهد بود. برای حل از شکل مودهای موج متحرک سازه دیسک پره بدون نامیزانی برای بسط پاسخ سیستم نامیزان استفاده شد که به علت نیاز به محاسبه نیروهای آیرودینامیک به طور جداگانه برای هر مود موج متحرک، روش مناسبی برای تحلیل آیروالاستیک است. در نهایت از حل به دست آمده برای تعیین اثر انعطاف پذیری دیسک روی ناپایداری، تغییرات فرکانس های طبیعی مودهای پیچشی و خمشی با تعداد گره های قطری و همچنین میزان افزایش دامنه ارتعاش تحت اثر نامیزانی استفاده شد. همچنین اثر دو نوع نامیزانی شامل نامیزانی در فرکانس پیچشی پره ها و نامیزانی در تحریک مرتبه موتور مورد توجه قرار گرفت. مطالعات پارامتریک، امکان وقوع تغییرات قابل توجه در رفتار ارتعاشی و رفتار آیروالاستیک سیستم را در حضور نامیزانی برای دیسک با سفتی خمشی پایین نشان می داد، به طوری که به ازای مقدار خاصی از فرکانس طبیعی دیسک پاسخ بیشینه سیستم در حالت نامیزان نسبت به حالت میزان تا حدود 8برابر افزایش می یافت.

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

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 solidfluid interaction, the Whitehead rsquo;s incompressible, two dimensional cascade theory is used. The structure is also modeled, using a 4 degrees of freedom lumped massspring 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 mistunedblade response in terms of the travelingwave 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 travelingwave 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.