【摘要】：為追求高性能、高可靠性的航空發(fā)動機,同/反向旋轉雙轉子技術、擠壓油膜阻尼器(Squeeze Film Damper,SFD)和中介軸承結構在現(xiàn)代航空發(fā)動機上得到了廣泛應用。這些技術的采用提升了發(fā)動機性能,但同時也使得轉子系統(tǒng)動力特性更加復雜。因而需要對轉子系統(tǒng)動力學特性進行更加精準的預測,從而能夠在利用新技術提升發(fā)動機性能的同時保證其安全、可靠、平穩(wěn)的運轉。針對上述問題,本文開展了航空發(fā)動機擠壓油膜轉子系統(tǒng)建模方法、非線性動力特性求解分析及試驗研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)基于Timoshenko梁發(fā)展了一種適用于擠壓油膜轉子系統(tǒng)動力學建模的方法。為提高擠壓油膜轉子系統(tǒng)動力特性計算效率,將有限元法與不同的模型縮減方法相結合,定量分析了不同模型縮減方法的優(yōu)缺點。利用Timoshenko梁單元建立有限元模型,隨后通過不同模型縮減方法得到縮減后的轉子系統(tǒng)動力學方程并進行了轉子動力特性計算,并給出了特征方程法在雙轉子系統(tǒng)上的應用方法。研究表明:固定界面模態(tài)綜合法在計算精度和計算效率上均優(yōu)于其他模型縮減方法;特征方程法與Campbell圖法精度相當,但計算耗時遠小于Campbell圖法。上述研究說明將有此方法可以在保證計算精度的前提下建立復雜系統(tǒng)動力學模型,對于縮短轉子系統(tǒng)設計周期具有重要的工程應用價值。(2)將有限元法與固定界面模態(tài)綜合法相結合,發(fā)展了一種適用于擠壓油膜轉子系統(tǒng)動力學建模的方法,提出了一種高效的非線性轉子系統(tǒng)時域建模和求解方法,研究了雙轉子系統(tǒng)非線性不平衡響應特性,揭示了轉速比等因素對轉子系統(tǒng)不平衡響應的影響規(guī)律。該建模方法和非線性分析方法具有重要的理論意義,研究結果具有重要的工程應用價值。(3)建立了擠壓油膜轉子系統(tǒng)靜偏心分析模型,開展了非線性動力特性響應分析,發(fā)現(xiàn)靜偏心情況下,轉子系統(tǒng)響應中會出現(xiàn)明顯的靜位移和倍頻成分,可以為擠壓油膜阻尼器設計提供參考。研究發(fā)現(xiàn):靜偏心會導致轉子系統(tǒng)運動的周期性發(fā)生變化;靜偏心會導致軸頸在遠離中心的位置做半徑很小的渦動,嚴重削弱擠壓油膜阻尼器的減振效果。研究結果表明油膜靜偏心明顯不利于轉子系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運轉,因此在進行轉子動力學設計時需將預防油膜靜偏心的措施作為一個重要因素加以考慮。(4)基于有限元法、諧波平衡法以及時/頻域變換技術,以含中介支承的浮環(huán)式擠壓油膜阻尼器(Floating Ring Squeeze Film Damper,FSFD)-雙轉子系統(tǒng)為研究對象,發(fā)展了一種適用于非線性轉子系統(tǒng)建模和求解的頻域方法。通過該方法開展了FSFD-雙轉子系統(tǒng)非線性不平衡響應的參數(shù)影響研究。研究分析了FSFD油膜厚度、支承剛度等因素對FSFD-雙轉子系統(tǒng)非線性動力特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):內(nèi)、外轉子在中介軸承附近振動最大,對應實際航空發(fā)動機雙轉子系統(tǒng)的高低壓渦輪盤;降低中介軸承附近內(nèi)、外轉子相關支承的剛度和油膜厚度可以有效降低整個轉子系統(tǒng)最大振幅,調(diào)整內(nèi)轉子后支承FSFD的油膜厚度效果最好;FSFD對于突加不平衡具有很好的抑制效果。該方法為擠壓油膜轉子系統(tǒng)的動力特性研究提供了高效的頻域建模和求解途徑,具有重要的理論意義和工程應用價值。本文的研究內(nèi)容為擠壓油膜轉子系統(tǒng)的非線性動力特性研究提供了高效的建模方法和研究基礎。研究結果對擠壓油膜轉子系統(tǒng)的設計以及新技術、新結構的應用具有重要的理論指導意義和工程應用價值。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V231.96
【圖文】：

作綜空載發(fā)動重隨結些研究背景作為“現(xiàn)代工綜合國力的重空發(fā)動機的核載荷的嚴苛環(huán)發(fā)動機結構強動力學特性對重要的理論意隨著對航空發(fā)結構多采用滾W 公司于 1些轉速下振幅4000、PW景及意義工業(yè)皇冠上的重要標志，在核心部件，其環(huán)境下工作，強度故障 90%對于降低航空意義和工程應發(fā)動機性能和滾動軸承+彈1969 年投產(chǎn)的幅降低甚至接6000 等，見的明珠”的航在航空技術的其振動特性將對于航空發(fā)%以上是由振空發(fā)動機整體應用價值。和可靠性要求彈性支承+擠壓的 JT8D 發(fā)動接近 100%。因見圖 1.1。航空發(fā)動機是的發(fā)展過程中將直接決定航動機的整體性振動導致或者體振動水平、求的提升，現(xiàn)代壓油膜阻尼器動機。JT8D 發(fā)因此，SFD 在是衡量一個國中有著至關重航空發(fā)動機是性能起著關鍵者與振動有關保證航空發(fā)代航空發(fā)動機器(Squeeze Fi發(fā)動機采用 SF在后續(xù)發(fā)展的國家綜合科技重要的作用[1]。是否能夠在高鍵性作用。而關。因此，研究發(fā)動機的安全機轉子系統(tǒng)多ilm Damper，F(xiàn)D 后取得了的發(fā)動機上得技水平、科技。轉子-支承高溫、高壓、而統(tǒng)計數(shù)據(jù)也究并改善轉子全、平穩(wěn)、高多采用雙轉子SFD)的組合了良好的減振得到了廣泛的技承也子高子合振

與；統(tǒng)與低壓轉子相；方案二的優(yōu)統(tǒng)運行的平穩(wěn)復雜相連，如 RB優(yōu)點是工作狀穩(wěn)性。雜轉子系統(tǒng)建B199。方案一狀態(tài)下軸承具建模方法研究一的優(yōu)點是高具有較小的徑究及動力特性高壓渦輪軸頸徑向間隙，有性分析 頸可以做的較有利于中介軸較大，從而增軸承結構的密密

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 顏文忠;廖鑫;曹沖;洪杰;;齒輪傳動渦扇發(fā)動機低壓轉子結構與動力學分析[J];航空動力學報;2015年12期

2 劉展翅;廖明夫;叢佩紅;王娟;王四季;石斌;李巖;;航空發(fā)動機轉子擠壓油膜阻尼器設計方法[J];航空動力學報;2015年11期

3 馬艷紅;曹沖;郝勇;張博;洪杰;;齒輪傳動風扇發(fā)動機轉子系統(tǒng)結構與動力學分析[J];航空動力學報;2015年11期

4 桑瀟瀟;廖明夫;李為;;故障轉子擠壓油膜阻尼器減振特性實驗[J];振動.測試與診斷;2015年05期

5 張力;馬艷紅;梁智超;洪杰;;轉子系統(tǒng)碰摩約束模型與振動響應分析[J];北京航空航天大學學報;2015年09期

6 羅貴火;楊喜關;王飛;;高維雙轉子系統(tǒng)的碰摩響應特性研究[J];振動工程學報;2015年01期

7 王四季;廖明夫;劉永泉;王德友;蔣云帆;廖俊;李浩;;航空發(fā)動機軸承外環(huán)裝配工藝引起的轉子系統(tǒng)非線性振動[J];航空動力學報;2015年01期

8 張大義;劉燁輝;梁智超;馬艷紅;洪杰;;航空發(fā)動機雙轉子系統(tǒng)臨界轉速求解方法[J];推進技術;2015年02期

9 李全坤;廖明夫;蔣云帆;;雙轉子不對中故障振動特性分析[J];機械科學與技術;2014年12期

10 楊喜關;羅貴火;原鵬;唐振寰;;模態(tài)綜合法在雙轉子系統(tǒng)建模中的應用與驗證[J];機械科學與技術;2014年10期

相關博士學位論文 前1條

1 胡絢;反向旋轉雙轉子系統(tǒng)動力學特性研究[D];南京航空航天大學;2007年

本文編號：2742876