多级轴流压气机内部噪声测试及频谱演化特征分析

量。对转子 叶片振动前后噪声信号的频谱 、 特征频率处 的声压级 和总声压级 的演 化过程进行 了详
细分 析 ， 并与国外相关研究做了对 比。分析 结果表 明 ： 两种试 验条件 下压气机 高压一 级转子 叶片 出现非 同步振动现象前后压气机流道 内部噪声特性 呈现相似的特征 ， 进一步分析 得知诱发压气 机 高压一级转子 叶片非 同步振动的声源可能仅存在于压气 机局部范 围内 ， 激励可能 是 由气动 力弓 起 ｌ 的并 与旋 转不稳定性有关 。 关键词 ： 多级轴流压气机 ； 噪声 ； 测试 ； 同步振动 ； 非 旋转不稳定性
（ 阳航 空 航 天 大 学 航 空 航 天 工 程 学部 （ ）来自百度文库沈 阳 １０ ３ ） 沈 院 ， １ １６
摘要 ： 主要研究压气机高压一级转子叶片出现非同步振 动前 后 ， 压气 机流道 内部 的噪声 特性。利 用声 波导管系统 ， 分别对某型涡扇发动机 整机 和压气机部件试验 中压气机流道 内部噪声进行 了测
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于排气 腔 周 围 的声 共 振 诱 发 转 子 叶 片 非 同步 振
动， 激励 源来 自于叶尖 涡 流相 互 作 用 ；９ ５年 ， １９ Ｍ．Ｂ ｕ ａｔｅ 和 Ｆ ａ ｍｇｒ ｒ ｎ ．Ｋａ ｉ 等 人 在一 １ ｍｅ ｒ ｅ ０级压
点沿发 动 机 同一 轴 向不 同周 向位 置 布 置 ， 证 ４ 保 个测 点位 置在 同一 条 直线 上 （ 由于受 传 动装 置 的 干 扰 ，『 ２位置 稍 稍偏 离其 他测 点位 置 ） ｉＪ 贝 Ｊ 。４个 测点 位置 分别 为 ： 压 压气 机 的零 级导 向叶 片槽 高 道 处 （ 置 １ ， 级 导 向 叶片 和 一 级转 子 叶 片 级 位 ）零
（ ａｕｔ ｏ ｒｓａｅＥ ｇｎｅ ｎ ， ｈｎ ａｇＡ ｒｓａｅＵｎｖｒｔ ，ｈ ｎ ａｇ１０３ ） Ｆｃ ｌ ｆ ｏｐｃ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅ ｙｎ ｅｏｐ ｃ ｉｅｓｙ Ｓ ｅｙｎ １ １６ ｙ Ａｅ ｉ ｉ
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收 稿 日期 ： ０ ２— ５—３ ２１ ０ １
对压气 机 内部 噪声特性 研究 显得 尤 为重要 。近些 年 ， 内外 学者 开 始普 遍 关 注 轴 流压 气 机 内部 非 国 定常 流动机 制 问题 ， 围绕 旋 转气 流 不 稳 定 性诱 并
发转 子 叶片非 同步振 动机理 进行 了相 关研 究 。非 同步振 动是 叶 片在 不 发 生颤 振 的工 作 范 围 内 ， 以
式传声 器测 量机 匣壁 面声压 。如 图 １ 某型 涡扇 是 发动 机压 气机 部 件 试 验 测 点 位 置示 意 图 ， 测 ４个
子叶片振动失效的主要原因。国外对于压气机转 子 叶片非 同步振 动 的产 生 机理 进 行 了深入 研 究 ， 代 表性 的研 究有 ：９ ３年 ， ｍａｕｈ 等人提 出 由 １９ Ｙａ ｇｃｉ
ｐ ｅ ｉ ｅｒ ｌｔ ｄ ｓｕ ｉ ｓａ ｒ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｏ ｓ ｈａ ａ ｔ ｒｓｉｓｉ ｅ ｔ ｏ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｈ ｒ ｒ ａ ｄ ｗ ｔ ｔ ｅａｅ ｔ ｄ ｅ ｂ ｏａ ｈｈ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔｎ ｉｅ ｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｎ ｔ ｗ ｘ ｅ ｃ ｈ ｉ ｎ ｓｓ ａ ｅ ｓｍ ｉ ｒｃ ｒ ｃｅ ｓｉｓ，ｆｏ ｗｈ ｃ ａ ｅ ｉ ｆ ｒｅ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｕ ｄ ｓ ｕ ｃ ｎ ｕ ｉ Ｓ ｓ ｏ ｈ ｒ ｔｒ ｔ ｒ ｉ ｌ ｈａ ａ ｔ ｒ ｔ ａ ｉ ｃ ｒ ｍ ｉ ｈ ｃ ｎ ｂ ｎ ｅｒ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｎ ｏ ｒ ｅ ｉ ｄ ｃｎｇ Ｎ Ｖ ｆ ｔ ｅ ｆ ｓ ｏ ｏ ｉ ｂ ａ ｅ ｆｈ ｇ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｌ ｄ ｓ ｏ ｉ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｏｍｐ ｅ ｓ ｒｍ ａ ｎ ｙ ｅ ｉｔｉ ｅ ｌ ｃ ｌａｅ ｆｔ ｅ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓ ｒａ ｄ ｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉｎａ ｘ ｒ ｓｏ ｙ ｏ ｌ ｘ ｓ ｎ ｔ ｏ ａ ｒ ａ ｏ ｏ ｈ ｈ ｒ ｓ ｏ ｎ ｈ ｉ ｒ ｔ ｏ ｌｅ — ｃ ｔｔ ｏ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒｂ ａ ｅ ｍ ａ ｅ ａ ｒ ｄ ｎａ ｉａｌ ａ ｓ ｄ ａ ｄ ａ ｓ ｃａｅ ｔ ｏｔｔ ｏ ｉ ｓａ ｉｉ ｎ ｉ ｉ ｔ ｈ ｏ ｏ ｌｄ ｙ ｂ ｅ ｏ ｙ ｍ ｃ ｌ ｃ ｕ ｅ ｎ ｓ ｏ ｉｔ ｄ ｗｉ ａ ｒ ａ ｉ ｆ ｗ ｎ ｔ ｂ ｌｔ ｉ ａ ｏｎ ｙ ｈ ｎｇ ｌ ｙ
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飞 机噪声 问题 是 目前 航空 界普遍 关注 的 问题 之 一 。发动机 的噪声 主要 由压气 机 噪 声 、 烧 噪 燃 声、 涡轮 噪声 和 喷 流 噪声 组成 。随着 喷流 噪 声 的 减小 ， 气机 噪 声成 为发 动 机 主要 噪 声 源 。压气 压 机 叶片在 强噪声 环境 下 的疲 劳逐 渐 被 重视 ， 以 所
第２ 卷 第４ ９ 期
２０ １ ２年 ８月
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沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊ ｕｒｎａ１ｏｆＳ ｅｎｙ ｎ ｒ ｓ ｃ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｈ ａ ｇ Ａｅ ｏ ｐａ ｅ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ
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年 ， ｉ ｂ等人 提 出 由叶片吸 力面旋 涡相 互作 用 导 Ｋｅ ｌ
间（ 位置 ２ ， ） 一级转子叶片正上方 （ 位置 ３ ， ） 和一 级静 子 叶片槽 道 （ 置 ４ 。某 型 涡扇发 动机 整 机 位 ）
试 验 中 一 共 钡 了三 个 点 ， 级 转 子 叶 片 前 截 面 ４ 一
Ｔｈ ｏ ｓ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｐｒ ｓｏ ｓ ｍ ｅ ｓ ｒ ｄ ｏ ｔ ｅ ｔｉ ｙ ｆ ｔ ｂ ｆ ｎ ｅ ｉ ｎ ｈ ｔｓ ｎ ｉ ｈ ｅ ｎ ｉｅ ｉ ｈ ｏ ｅ ｓ ｒ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｂｏｈ ａ ｃ ｒａｎ ｔｐｅ ｏ ｕｒ ｏ ａ ｎｇｎｅ ｂｅ ｃ ｅ ｔａ ｄ ａ ｈ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒｒｇ ｔｓｉ ｙ ａ ｏ ｔ ｖ ｇ ｄ ｙｓｅ ． Ａ ｅａｌ ｄ ａ ａｙ ｉ ｓｃ ｄ ｃ ｅ ｐ ｃｒ ， ｒ ｓｕ ｅ ｃ ｍ ｒ ｓｏ ｉ ｅ ｔ ｎｇ ｂ ｃ ｕｓｉ ｗａ ｅ ｕｉ ｅ ｓ ｔ ｍ ｃ ｄ ｔ ｉ ｎ ｌ ｓｓｉ ｏｎ ｕ ｔｄ ｏｆｓ ｅ ｔｕｍ ｅ
气机 上发 现 了转子 叶 片非 同步振 动 现 象 ， 用 旋 并 转不 稳 定 性 理 论 对 叶 片 振 动 机 理 做 了解 释 ； ２ ０ 年 ， ｉｃ 人 提 出 叶 尖 流 动 不 稳 定 性 激 ０ １ Ｍａａｈ等 ｌ 励 空腔声 模态 ， 而 激起 叶片非 同步 振动 ＿ ；０３ 从 ４ ２ ０
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Ｖ Ｏ１２ Ｎｏ． ．９ ４
Ａｕ ｇ． ２ ０ ２ １
文 章 编 号 ： ０ ５—１４ （０ ２ ０ ０ １ ０ ２９ ２ ８ ２ １ ）４— ０ ０— ６
多 级 轴 流 压气 机 内部 噪声 测 试 及 频谱 演化 特征 分 析
栾孝驰 ，沙云 东 ， 赵奉 同 ， 崔现 智
ｓｕ ｄｐｅｓｒ ｖ ｌ Ｓ Ｌ）ｏ ｅｉｃｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｔｌ Ｐ ｆ ｅｎ ｉ ｉｎ ｌ ｗｈｃ ｒ ｅ ｏ ｏ ｎ ｒｓ ｅｌ ｅ （ Ｐ ｕ ｅ ｆｓ ｃｆ ｅ ｕ ｎｙ ａｄｔ ａ Ｓ Ｌ ｏ ｏｓ ｓ ａ， ｉ ａｅｔ ｎｃ ｍ— ｐ ｉ ｒ ｏ ｈ ｔ ｅ ｇ ｈ ｈ
ｉ ｎ ｒ ｎｏ ｓ ｒ ｍ ｕｌｉｓ ａ ｅ ａ ｉ ｌｃ ｍ ｐｒ ｓ ｏ ｎ ｅ ｉｅ ｆ ｏ ａ ｍ ｔ－ｔ ｇ ｘ ａ ｏ ｅｓ ｒ
ＬＵＡＮ ｉｏ ｃ ｉ Ｘ ａ — ｈ ，ＳＨＡ ｕ — ｏ ｇ，ＺＨＡ Ｏ ｎ ｔ ｎ Ｙ ｎｄ ｎ Ｆｅ ｇ—ｏ ｇ，ＣＵＩＸ ｉｎ— ｈ ａ ｚｉ
中 图 分 类 号 ： ２２ ４ Ｖ ３ ． 文献标志码 ： Ａ
ｄ ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ２ ９ ｏ ： ３ ６／ ． ｓ ．０ ５—１４ ．０ ２ ０ ．０ ０ ｓ ２ ８２ １．４ ０ ３
Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎｄ ｆ ｅ ｕｅ ｃ ｐ ｃ ｒ ａ ｕｒ ｍ ｎｔａ ｒ ｑ ｎ ｙ ｓ ｅ ｔ ｕｍ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎａ ｙ ｉ ｆ ｔ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｈｅ
作者简介 ： 栾孝驰 （９７ ） 男 ， １８一 ， 辽宁建昌人 ， 在读硕士， 主要研究方向： 航空发动机强度 、 振动及噪声 ，． ｉ： ａｘａｃｉ７ ６ ．ｏ Ｅ ｍａ ｌ ｎ ｉ ｈ２ ＠１３ ｃｍ ｌｕ ｏ
沙 云东 （９６ ） 男 ， 龙 江阿 城 人 ， 授 ， １６一 ， 黑 教 主要 研究 方 向 ： 空 发 动机 强 度 、 动 及 噪声 ， — ｉ：ｄｈ２０ ＠ ｖ ．ｉａｃｍ。 航 振 Ｅｍａ ｙ ｓａ０ ３ ｉ ｓ ．ｏ ｌ ｐ ｎ
（ 件试验 中的位置 ２ ， 部 ） 一级 转子 叶片 正上方 （ 部
致 的叶尖 间 隙流 不 稳 定 性 诱 发 了 叶 片非 同 步 振
动 ；０ ７年 ， ａ ｈ ｍａｓ ２０ Ｊ ｎＴ ｏ ｓｉ ｅ ｎ等人 提 出叶尖 间隙 流 与声波 反馈 现象 的耦合诱 发转子 叶 片非 同步 振
ｔｅｏｃ ｒ ｎ ｅｏ ｏ — ｎ ｈｏ ｏ ｓ ｉｒｔ ｎ ＮＳ ）ｔ ｅｆｓ ｒｔｒ ｌ ｅ ｆ ｉ ｒｓ ｒ ｏ ｒｓ ｒ ｈ ｃｕｒ ｃ ｆ ｎｓ ｃ ｒｎ ｕ ｂａ ｏ ｓ（ Ｖｓ ｏｔ ｒｔ ｏｏ ａ ｓｏ ｇ ｐｅｓ ｅｃｍｐｅｓ ． ｅ ｎ ｙ ｖ ｉ ｈ ｉ ｂｄ ｈ ｈ ｕ ｏ
第 ４期
栾孝驰 ，等 ：多级 轴流 压 气机 内部 噪 声测试及 频谱 演化 特征 分析
ｌ １
非整数倍 的轴旋转频率振动 的气动弹性 问题…。
它不仅是 产 生不 良噪声 的源 头 ， 而且 还 是 引起 转
量试验 ， 验证 明该测 试 系统对 高温 、 试 高压声 场 的 声 压 测量 非 常可 靠 。试 验 前 ， 声 器 系 统通 过 声 传 波导 管和 引气管 连 接 到 压气 机 内涵 机 匣上 ， 引气 管孔 口与机 匣 内壁齐 平 安装 ， 用 １４英 寸 电容 采 ／
件试 验 中的位 置 ３ ， 级 转子 叶 片后 截 面 （ 件 ）一 部
试 验 中的位 置 ３ 。 ）
动 的观点 ， 并且 对 高 压压 气 机 部 件 试验 的结 果