航空发动机反向旋转双转子系统动力学特性研究

摘要

反向旋转双转子系统已广泛应用于航空发动机领域,该结构能够减小高、低压转子陀螺力矩,降低机匣负载,提高飞机机动性能等,具有明显优势。航空发动机的显著特点是实际工况中会伴有机动飞行。本文以航空发动机反向旋转双转子系统为研究对象,利用数值计算与实验研究相结合的方法,对基础固定及机动飞行条件下航空发动机双转子系统的动力学特性进行了研究。主要工作和结论包括:
　　(1)对基础固定时双转子系统动力学及机动飞行下航空发动机转子系统动力学的研究现状进行了综述,介绍了转子动力学、实验测试原理、转子动力特性实验测试等理论基础。
　　(2)针对航空发动机反向旋转双转子系统,利用拉格朗日方程建立了考虑中介轴承及弹性支承非线性因素影响下的基础固定反向旋转双转子系统动力学模型,利用Runge-Kutta法对其进行数值计算,分析了转子不平衡量及弹性支撑非线性刚度系数对系统动力特性的影响规律。研究结果表明:随着转子不平衡量减小,其临界转速降低且相应振幅减小,外转子临界转速附近响应的跳跃现象逐渐消失,而内转子则持续出现跳跃现象;在非线性刚度的影响下,外转子幅频曲线表现为硬特性,内转子只有在非线性刚度系数一定大时才会出现共振峰偏移,当非线性刚度系数逐渐减小时,转子临界转速降低且相应振幅增大。在此基础上对系统的非线性响应特性开展了实验研究,总结了双转子系统中一转子定速另一转子逐渐升速过程中非线性响应特性的变化规律,通过与数值分析结果进行对比验证了动力学模型的准确性。
　　(3)针对航空发动机反向旋转双转子系统,利用自行设计的综合性实验台开展机动飞行实验。主要分析总结了机动飞行对系统动力学特性的影响规律,并研究了机动飞行下系统的超谐共振现象。研究结果表明:机动飞行瞬间,转子轴心会发生偏移并且振幅增大;机动飞行对转子基频与倍频的振动均会产生影响。
　　本文通过实验研究与理论分析的方法对反向旋转双转子系统动力学特性进行了研究,实验与理论分析所得结果对航空发动机转子系统的实际应用及理论发展具有十分重要的意义。

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 相关理论基础介绍

2.1 转子动力学基本理论[59]

2.2 实验测试原理[63]

2.3 转子动力特性实验测试方法[64]

2.4 本章小结

第三章 基础固定下反向旋转双转子系统非线性振动响应

3.1 非线性动力学方程的建立

3.2 系统计算参数

3.3 非线性响应分析

3.4 基础固定下反向旋转双转子系统非线性响应实验

3.5 本章小结

第四章 机动飞行下反向旋转双转子系统动力特性实验研究

4.1 实验系统

4.2 机动飞行对系统响应特性的影响

4.3 机动飞行对系统超谐共振动力学特性的影响

4.4 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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