【摘要】：航空發(fā)動機是國家工業(yè)制造,科技研發(fā)和國防能力的綜合體現(xiàn),隨著“兩機專項”的實施,研制世界領(lǐng)先的高精尖航空發(fā)動機的需求十分迫切。航空發(fā)動機長期工作在高溫/高轉(zhuǎn)速環(huán)境下,由于制造安裝誤差、熱變形和長時間運行的摩擦磨損,低壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不對中問題在航空發(fā)動機系統(tǒng)故障中廣泛存在,對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴重威脅。目前,超靜定轉(zhuǎn)子與不對中/不平衡故障耦合后的基礎(chǔ)理論與方法嚴重不足,不能滿足目前實際航空發(fā)動機的研究需求,迫切需要開展深入的研究工作。本文以航空發(fā)動機超靜定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對象,分別對其完全對中、中間支點不對中和渦輪后支點不對中及不平衡耦合狀態(tài)展開解析模型推導(dǎo)和實驗驗證工作,旨在為超靜定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計、動力學(xué)建模和不對中振動控制提供一套實用有效的理論分析方法和實驗研究思路。(1)以實際航空發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)簡化模型為研究對象,根據(jù)套齒聯(lián)軸器嚙合接觸條件,推導(dǎo)出嚙合剛度模型,分析了其近似剛性嚙合狀態(tài),使低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)成為超靜定結(jié)構(gòu),進而考慮超靜定和彈性支承結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合力法和D'Alembert原理成功構(gòu)建了完全對中狀態(tài)的動力學(xué)模型,經(jīng)過仿真計算,獲得了兩種模型的固有頻率和動力學(xué)特性。(2)在完全對中的模型推導(dǎo)基礎(chǔ)上,在超靜定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中間支點設(shè)置不對中狀態(tài),通過撤除中間支點的多余約束,并附加靜態(tài)不對中力,首次引入柔度修正系數(shù),得到了中間支點不對中狀態(tài)的理論模型,并對其動力學(xué)特性進行分析,得到了中間支點不對中對系統(tǒng)固有頻率和轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性影響的新規(guī)律。(3)基于前述研究內(nèi)容,在低壓渦輪轉(zhuǎn)子后支點引入不對中情況,沿用“力法”求解思路,詳細推導(dǎo)了渦輪后支點不對中的動態(tài)附加激勵力及對系統(tǒng)剛度矩陣的影響規(guī)律,獲得了渦輪后支點不對中的動力學(xué)特性。結(jié)果表明:不對中故障不僅會產(chǎn)生動態(tài)附加激勵,還會引起系統(tǒng)剛度矩陣變化,導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)速漂移,2×振動和內(nèi)“8”字形軸心軌跡,后續(xù)實驗與理論結(jié)果吻合較好。(4)針對超靜定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)完全對中狀態(tài)、中間支點不對中和渦輪后支點不對中理論解析模型的固有特性和轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性進行了驗證實驗,證明所建立的理論模型,能夠很好的預(yù)測動力學(xué)特性及變化規(guī)律,研究結(jié)果為以航空發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為代表的超靜定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計、動力學(xué)建模、振動控制和故障診斷提供了理論思路和實驗依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231.96

【參考文獻】

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本文編號：2624110