航空发动机振动传递特性研究

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近年来,我国工业化发展迅速,旋转机械作为高速透平机械的重要组成部分,在航空航天、发电、汽车、船舶推进及燃气涡轮机械等相关设备中应用广泛。而航空发动机作为燃气涡轮机械的典型代表,在国家的大力扶持下,近年来得到了充分的发展,从最开始的活塞式发动机到应用于直升机中的涡轴发动机、大型客机中的涡扇、涡桨发动机等形式的多样化,再到转子结构的复杂化,以满足不同工业化的需求。转子不平衡作为旋转机械中常见的故障,对于转子系统的健康稳定运行有着极其重要的影响,能否有效降低转子的不平衡,是保证系统能否长期安全稳定运行的关键因素。为了追求高推重比特性和宽舒适性,转子的结构越来越轻柔,随之而来的就是高负荷和高振动问题,我们在高低压转子上分别加入了挤压油膜阻尼器,来提供阻尼,起到支撑和减振的作用。而在实际的高压转子中,由于空间狭小,工作环境温度过高,无法安装相应的传感器进行振动参数的测量。如果能确定轴承-机匣之间的传递函数关系,研究出对应的振动传递特性,就能在机匣上准确识别出转子的不平衡量所引起的振动。考虑到上述情况,本文针对航空发动机不平衡及振动传递特性的相关问题,主要进行了如下工作:(1)研究了一种带有中心弹簧支承的挤压油膜阻尼器结构,研究了挤压油膜阻尼器在不同工作条件及特性参数下对三盘双支承单转子结构不平衡响应的相关研究。在分析中找到了阻尼器对转子振动影响的非线性规律。(2)分别建立了带有挤压油膜阻尼器的某航空发动机高低压转子有限元模型,通过工作条件及阻尼器特性参数的改变,对三盘转子的分析结果做进一步的验证说明。(3)开发了带有SFD的转子动力学分析程序,并与Dyrobes的分析结果进行对比,验证了程序的准确性。在通过该程序进行相关计算的基础上,进一步开发了基于影响系数法的双面双转速下的转子动平衡程序,在不平衡响应线性变化的转速区间内,选取两平衡转速,通过平衡前后阻尼器和轴承节点处的振动变化情况对比,表明该动平衡程序能够有效减小转子的振动,验证了该程序对带有SFD的转子系统进行动平衡的有效性。(4)建立了带有SFD的双转子有限元模型,在内、外激励单独作用下,分别在各轴承节点处加入SFD,确定能使转子系统减振效果最好的SFD节点的位置。利用Ansys对发动机的整机模型进行谐响应分析,确定支撑节点间及支撑节点和对应机匣测点间的传递函数,并在此基础上,在带有SFD的内转子上施加不平衡激励,能够通过振动传递,从机匣各测点处识别出转子的不平衡响应。通过在有无阻尼器的情况下,各轴承节点和机匣上各测点的振动响应对比,验证了阻尼器的减振性能。
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