机动飞行下转子--轴承系统非线性动力学特性研究

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机动飞行指飞行器的飞行状态随时间变化的飞行动作。它是评价军用战机性能优劣的重要指标之一。近年来意外坠机事故时常发生,事故原因大多是发动机故障引起的,系统故障原型都可归结为转子系统的振动问题。故研究转子系统在机动飞行状态下的非线性动力学特性十分必要。本文以单转子及双转子系统为研究对象,主要包含以下研究内容:  (1)以一简单偏置转子系统为模型,利用拉格朗日方程推导了系统在机动飞行下的动力学微分方程。然后对方程进行整理得到系统在不同机动飞行下的机动载荷。建立双盘转子-滚动轴承模型,利用有限元法推导其动力学方程,将得到的机动载荷应用于该模型,最后介绍了大型复杂有限元转子系统求解方法—Newmarkβ法,为整篇论文的动力学仿真提供理论基础。  (2)研究了双盘转子-滚动轴承系统在水平盘旋、爬升-俯冲及横滚机动飞行下的非线性动力学行为,分析了不同飞行条件下的机动载荷及偏心量对转子系统的非线性动力学影响。研究发现,水平盘旋及爬升-俯冲机动载荷能够使转子的轴心轨迹中心发生偏移,机动载荷的增加,能够提高系统的运动稳定性,系统主要以0.37ω,0.42ω,0.5ω等低频振动为主,横滚作用下,转子轴心轨迹中心不发生偏移,只是转子轴心轨道的大小随横滚角速度的变化而变化。  (3)建立了新型碰摩-转子-滚动轴承系统动力学模型,利用数值方法计算了系统在水平盘旋下的动力学响应,研究了机动载荷、轴承间隙、碰摩刚度、叶片数、偏心量和挤压油膜阻尼器对系统的非线性动力学影响,研究结果表明:系统产生一种亚谐共振碰摩现象,即系统在其二倍临界转速附近,在机动载荷的作用下产生了1/2亚谐共振,导致系统的振动响应幅值增大。机动载荷的增大,系统始终存在复杂非线性现象;轴承间隙的增加使系统产生复杂非线性现象;碰摩刚度增加,系统产生大量分频及倍频成分,可通过这些频率成分作为碰摩故障特征频率;叶片数的增加导致碰摩力的增加,从而使系统产生复杂非线性现象;偏心距增大使系统的振动幅值增大;含SFD系统在全局转速下稳定性有极大提高,并且具有良好的减振效果,在临界转速处减振效果最佳,使得转予系统运行更加平稳。  (4)建立了爬升-俯冲下SFD-滚动轴承-双转子系统动力学模型,研究结果表明:机动载荷对系统拍振影响不大;内外转子同向与反向旋转时,轴心轨迹差异很大;中介轴承越小,系统稳定性越好;机动载荷的增加能够减小碰摩双转子系统的非线性振动;内外转子转速比等于1.1时系统产生复杂非线性振动。
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