초기 비틀림각을 갖는 블레이드-강체축 연성 시스템의 선형 동적모델링 및 모달해석

Abstract

본 연구에서는 축의 회전운동에 대한 새로운 모델링 방법을 제시함으로서, 강체 축과 초기 비틀림각을 갖는 블레이드 3차원 연성계에 대한 효율적이고 정확한 선형 모델링 방법을 제시하였다. Rayleigh-Ritz method와 복합변형변수를 사용해, 강체 축의 회전운동과 초기비틀림을 갖는 블레이드의 운동 간 서로 미치는 양방향의 연성효과가 고려된 운동방정식을 유도하였다. 유도된 운동방정식을 이용한 모달해석을 통해 관성비, 초기비틀림각 등 다양한 매개변수들이 시스템의 고유진동특성의 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 특히 블레이드 대비 축관성의 비율의 변화에 따라 달라지는 연성계의 고유진동수 수렴 특성을 확인함으로서, 제시된 모델링 방법의 정확성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 축-블레이드 운동 간 양방향의 연성효과를 고려한 모델링 방법을 활용할 경우 축관성이 상대적으로 작은 연성계의 모달특성을 정확히 예측할 수 있음이 검증되었으며, 이 연성계의 고유진동특성을 중점적으로 분석하였다.| In this study, an efficient and accurate linear modeling method for a pre-twisted blade-rigid shaft coupled system was presented by presenting a new modeling method for the rotational motion of a shaft. Using the Rayleigh-Ritz method and complex deformation variables, equations of motion were derived with the consideration of the coupling effect of the rotational motion of a shaft and the motion of a pre-twisted blade. The effect of various parameters such as inertia ratio, twisted angle, angular velocity on the natural frequency characteristic of the system was analyzed. In particular, the accuracy of the proposed model was examined by comparing with the natural frequencies that vary according to the change of the inertia ratio. When using the proposed modeling method with consideration of the coupling effect between a shaft and a blade, it is possible to accurately predict the modal characteristics of a system that has relatively small shaft inertia. In addition, the characteristics of natural frequency of this coupled system were analyzed.