某型航空发动机整机振动特性分析

摘要

发动机整机振动不仅使发动机的工作状态、发动机附件及仪表的工作状态受到影响,而且会使发动机的结构受到巨大的振动应力,影响发动机工作的可靠性。近年来,有限元计算技术和计算机技术的逐渐发展,为航空发动机整机振动特性的研究提供了必要条件。为保证航空发动机的工作安全、可靠,本文针对某型双转子航空发动机结构特点,进行了整机振动特性相关分析:从转子的临界转速特性分析、机匣振动特性分析到整机振动特性分析,开展了如下相关研究工作:
　　 第一,为了使发动机整机振动有限元模型合理可信,本文首先利用有限元理论对发动机机匣模型进行了一定的简化处理,计算了发动机机匣的振动模态及其各主支承处的静刚度与动刚度,比较了两者之间的差别。研究结果表明:由于发动机机匣在工作转速内固有模态的影响,考虑机匣及支承结构动刚度计算的转子临界转速更加合理、可靠,也表明了整机振动分析的必要性。
　　 第二,针对本文研究的航空发动机结构特点,分别分析了高、低压转子考虑机匣及其支承静、动刚度模型下的临界转速特性。
　　 第三,利用传递矩阵法计算了发动机高、低压转子临界转速,并与有限元模型进行了对比。研究结果表明:在相同支承刚度下,传递矩阵法与有限元法计算结果误差在10％以内,计算结果可信。
　　 第四,建立了某型航空发动机整机振动分析模型,进行了整机振动特性分析,分析了双转子耦合效应对系统临界转速的影响,研究了螺栓连接、不同支承刚度、不同转速比对系统临界转速的影响。研究结果表明:对于本文研究的双转子航空发动机,运用整机模型计算其转子的临界转速更加合理,其计算结果更接近于实际。

目录

文摘

英文文摘

图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 转子动力特性的研究现状

1.2.2 整机动力特性的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 航空发动机机匣支承刚性计算分析

2.1 引言

2.2 计算模型的建立

2.2.1 机匣中幅板、叶片的处理方法

2.2.2 附件的处理方法

2.3 发动机机匣刚性分析

2.3.1 边界条件

2.3.2 发动机机匣静刚度分析

2.3.3 发动机机匣动刚度分析

2.4 本章小结

第三章 基于有限元法的发动机转子临界转速特性分析

3.1 引言

3.2 计算临界转速的有限元方法

3.2.1 有限元法简介

3.2.2 临界转速的基础理论

3.2.3 弹性支承对转子临界转速的影响

3.3 计算模型的建立

3.3.1 转子系统的描述

3.3.2 转子系统有限元模型的建立

3.4 基于有限元法的转子临界转速特性分析

3.4.1 计算工况

3.4.2 分析方法

3.4.3 低压转子临界转速计算分析

3.4.4 高压转子临界转速计算分析

3.5 本章小结

第四章 基于传递矩阵法的转子临界转速特性分析

4.1 引言

4.2 基于传递矩阵法的临界转速计算方法

4.2.1 传递矩阵法的原理

4.2.2 传递矩阵法的分段原则

4.2.3 轴段的传递矩阵

4.2.4 轴段间的传递矩阵

4.2.5 综合轴段的传递矩阵

4.3 计算模型

4.3.1 计算模型的建立

4.3.2 边界条件

4.3.3 原始数据

4.4 基于传递矩阵法的转子临界转速计算分析

4.4.1 临界转速计算分析

4.4.2 不同支承刚度对转子临界转速的影响

4.5 本章小结

第五章 航空发动机整机振动特性分析

5.1 引言

5.2 整机振动分析的主要方法

5.3 计算模型的建立

5.3.1 整机有限元模型的建立

5.3.2 双转子临界转速介绍

5.3.3 计算工况

5.4 基于整机模型的发动机转子动力特性分析

5.4.1 系统临界转速计算

5.4.2 螺栓连接对系统连接刚性的影响

5.4.3 支承刚度对临界转速的影响

5.4.4 转速比对临界转速的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文