Page 224 - 《振动工程学报》2026年第3期

824 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

3. 2 气动阻尼比

由叶片模态分析可知，初始叶轮主叶片一阶频
率为 11603 Hz，分流叶片一阶频率为 23041 Hz，分
流叶片振幅明显比主叶片振动频率高，且分流叶片
的一阶频率比较接近离心压气机叶轮旋转倍频，因
此设置振动频率为 23041 Hz；叶片最大振幅取小于
叶尖弦长的 1% 或者取叶尖间隙的 1/2 或 1/3；叶尖
振幅取为 0.1 mm。
图 8 给出了设计和非设计工况下初始均匀叶轮
和非谐叶轮的气动阻尼比，可以看出，分流叶片周向
角非谐设计对离心压气机气动阻尼比有显著影响。
非谐叶轮的气动阻尼比均为正，气弹稳定性较好，且
分流叶片非谐偏置量与气动阻尼比没有明显的线性
关系。在设计工况下，非谐叶轮均可以提高离心压
气机叶轮的气动阻尼比，其中，非谐叶轮 A1、A4 气
动阻尼比分别提高 24.4%、12.3%；而非谐叶轮 A2
和 A3 的提升效果不是很明显。在非设计工况下，
非谐叶轮 A1 只提升了不到 1.2%，而非谐叶轮 A4 则
下降了 25.9%。
3. 3 气动功密度
图 8 零叶间相位角气动阻尼比
图 9 和 10 分别为均匀叶轮和非谐叶轮在设计工 Fig. 8 Aerodynamic damping ratio with 0° IBPA
况和非设计工况下的气动功密度分布，图中，PS 表
示压力面，SS 表示吸力面。在设计工况下，均匀叶 度面积均大于负的气功密度面积，其中非谐叶轮 A1
轮和非谐叶轮 A2、A3、A4 分流叶片的吸力面和主 正的气功密度面积明显大于其余叶轮。非设计工况
叶片的压力面叶片前缘附近都有一个集中的正的气 下与设计工况类似，但正的气动功密度面积减少，气
动功密度分布，而非谐叶轮 A1 正的气动功密度主 动阻尼比也相应下降，与图 8 给出的气动阻尼比一
要分布在分流叶片压力面和主叶片吸力面冲击较大 致，特别是非谐叶轮 A4，气动功密度为正的区域面
的前缘附近，所有叶轮气动功密度为正的气动功密 积非常少且极值偏小，因此气动阻尼比下降显著。

图 9 设计工况下叶片气动功密度分布
Fig. 9 Aerodynamic wall work density distribution of blades under design condition