航空发动机偏心双转子系统非线性振动特性研究

摘要

航空发动机被称为飞机的“心脏”，发动机是否能正常工作，直接关系到飞机的飞行安全性，而转子系统又是航空发动机的核心和主要振源。某型航空发动机为涡扇双转子结构，转子的工作转速很高，为保证其能够安全运行，有必要对转子系统进行动力特性分析。本文应用有限元分析方法，借助ANSYS转子动力学分析模块完成。
　　本文建立了双转子系统的数学模型，在建模的过程中，充分考虑了高低压转子支撑不对称、质量偏心和陀螺效应的影响，应用非保守拉格朗日方程，得出了高、低压转子系统的微分方程。转子的支撑系统起定位支撑的作用，直接影响转子的动力学特性。某型航空发动机采用3个弹性支撑调节转子系统的临界转速，有必要对支撑刚度进行计算。应用有限元法计算了弹性支撑的静刚度以及与轴承的组合刚度。根据实际情况，对双转子系统进行合理简化，在ANSYS中建立其三维模型，分析了考虑陀螺效应的随转速变化的临界转速。在ANSYS三维模型的基础上，将双转子系统简化为二维模型，应用有限元法对转子系统进行考虑不平衡质量的稳态谐响应分析，研究不平衡质量位置对各支撑振幅的影响。对转子启动过程进行瞬态分析，比较不同启动加速度和不同不平衡质量条件下各支撑的振幅。研究转子系统在额定工作转速情况下，遇到突加不平衡外力时，各支撑的振幅衰减的情况。
　　该型航空发动机双转子系统的临界转速与额定工作转速的裕度大于20％，设计符合要求;在稳态谐响应分析、启动瞬态分析、突加不平衡瞬态分析中，得到的结果与所查阅的文献相符，证明了分析的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 转子动力学的研究方法

1．2．2 转子动力学研究现状

1．3 论文的研究思路和工作内容

1．3．1 研究思路

1．3．2 工作内容

第2章 双转子动力学模型

2．1 圆盘偏心质量引起的振动

2．2 双转子数学模型

2．2．1 双转子力学模型

2．2．2 低压转子系统动力学方程建模

2．2．3 高压转子系统动力学方程建模

2．3 本章小结

第3章 转子系统结构简化及主要参数计算

3．1 发动机结构及工作原理

3．2 转子系统材料参数

3．3 各支点支撑刚度计算

3．3．1 鼠笼式弹性支撑刚度计算

3．3．2 弹性环式弹性支撑

3．3．3 轴承刚度计算

3．3．4 各支点组合刚度计算

3．4 本章小结

第4章 转子系统模态分析

4．1 ANSYS转子动力学中临界转速的计算方法

4．2 陀螺效应

4．3 考虑陀螺效应的转子的临界转速

4．4 三维有限元模型

4．4．1 低压转子有限元模型

4．4．2 高压转子有限元模型

4．5 计算结果与分析

4．6 本章小结

第5章 转子系统稳态和瞬态分析

5．1 谐响应分析

5．1．1 谐响应分析概述

5．1．2 分布参数模型与集总参数模型

5．1．3 模型简化相关参数

5．1．4．响应分析

5．2 转子启动过程瞬态分析

5．2．1 航空发动机启动要求

5．2．2 不平衡响应分析的意义

5．2．3 启动过程不平衡力的计算

5．2．4 计算结果分析

5．3 突加不平衡瞬态响应

5．3．1 低压转子突加不平衡响应

5．3．2 高压转子突加不平衡响应

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 工作结论

6．2 论文展望

参考文献

致谢