考虑流体惯性的弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统动力学特性

摘要

航空发动机内部结构和载荷类型复杂。随着工程技术的发展，航空发动机工作转速越来越高，常常工作在临界转速以上。而在临近和通过临界转速时，转子会产生很大的振动，这对发动机的结构强度、稳定性和振动控制都提出了更高的要求。因此，在动平衡的基础上，优化支撑结构，改善转子系统的动力特性，对转子系统进行振动控制具有重要的意义。 挤压油膜阻尼器是一种广泛应用于航空发动机的被动控制结构。然而当转子振动过大时，油膜压力非线性也会相应增大，发生双稳态、振动跳跃等现象，造成转子系统的复杂动力学响应。而弹性环式挤压油膜阻尼器，可以有效改善传统挤压油膜阻尼器的非线性行为，更好的对航空发动机进行振动控制。 由于油膜在阻尼器中的运动形式复杂，难以用数学方程建立准确的油膜力模型，经典润滑理论假设薄油膜的流体惯性可以忽略不计，油膜压力可由经典雷诺方程计算得到。然而许多研究表明经典润滑理论对流体惯性的简化过于简单，无法真实的反映挤压油膜阻尼器的减振特性。 本文基于考虑流体惯性的雷诺方程，建立弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统动力学模型，通过理论和数值方法分析系统动力学特性。主要内容包括： 1.基于不可压缩流体的连续性方程和纳维斯托克动量方程，考虑流体惯性对油膜压力分布的影响，提出并推导了一个新的扩展的雷诺方程，并采用有限差分法进行求解。 2.根据以上扩展的雷诺方程，计算分析弹性环式挤压油膜阻尼器的动力学特性，讨论流体惯性的影响，同时发现偏心率、雷诺数等对流体惯性的作用有很大影响。 3.建立弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统的动力学模型，分析系统的幅频响应曲线，共振区响应，不同不平衡量时的系统响应，进而分析流体惯性对转子系统动力学特性的影响。 4.分析油腔间隙、弹性环凸台数目等弹性环式挤压油膜阻尼器设计参数对阻尼器减振特性和转子系统动力学特性的影响。

目录

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字母注释表

第一章 绪 论

1.2国内外研究现状

1.2.2流体惯性

1.2.3雷诺方程推导和求解

1.3本文的主要研究工作

第二章 考虑流体惯性的扩展的雷诺方程

2.1扩展的雷诺方程

2.1.1对流惯性

2.1.2时间惯性

2.1.3考虑时间惯性项的扩展的雷诺方程

2.2.2油膜合力

2.3本章小结

第三章 弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性分析

3.1.2油膜压力分布

3.1.3弹性环变形

3.2油膜合力

3.3油腔间隙、弹性环凸台数和滑油粘度对油膜刚度和阻尼的影响

3.3.2弹性环凸台的影响

3.3.3油膜粘度系数

3.4本章小结

第四章 流体惯性对转子系统动力学特性的影响

4.2.2弹性环式挤压油膜阻尼器模型

4.2.3计算流程

4.3数值分析结果

4.3.2过临界转速响应

4.3.3不同不平衡量的响应

4.3.4突加不平衡量

4.3.5弹性环式挤压油膜阻尼器设计参数对转子系统的影响

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢