【摘 要】
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航空发动机被称为现代工业皇冠上的明珠,而转轴-轮盘-叶片系统作为航空发动机中的关键组件,其动力学建模一直是研究的热点与难点。随着航空发动机推重比的增加以及结构的轻量化,这也导致转轴和盘片结构的刚度较为接近,必须考虑部件之间的耦合特性,来开展系统动力学建模。此外,为了提高效率,转静子间隙减小,导致碰摩故障频发,现有研究大多聚焦在叶片-机匣和鼓筒-静子叶片径向碰摩,较少关注轴向碰摩的影响。针对这些实际
【基金项目】
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项目名称:航空发动机双转子-支承-机匣耦合系统典型碰摩激振机理研究（项目编号:11772089）,经费来源:国家自然科学基金委,起止年月:2018年1月-2021年12月； 国家自然科学基金面上项目（11972112）； “兴辽英才计划”青年拔尖人才（XLYC1807008）；
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航空发动机被称为现代工业皇冠上的明珠,而转轴-轮盘-叶片系统作为航空发动机中的关键组件,其动力学建模一直是研究的热点与难点。随着航空发动机推重比的增加以及结构的轻量化,这也导致转轴和盘片结构的刚度较为接近,必须考虑部件之间的耦合特性,来开展系统动力学建模。此外,为了提高效率,转静子间隙减小,导致碰摩故障频发,现有研究大多聚焦在叶片-机匣和鼓筒-静子叶片径向碰摩,较少关注轴向碰摩的影响。针对这些实际问题,本文以阶梯轴-轮盘-叶片系统为研究对象,考虑转子系统的柔性、多部件耦合、陀螺力矩、离心刚化、旋转软化等效应的影响,结合有限元法与半解析方法,建立了含碰摩故障的转轴-柔性盘-叶片系统动力学模型,分析了碰摩导致的系统非线性动力学特性。本文的主要研究内容如下:（1）采用半解析方法建立了阶梯轴-柔性盘系统的动力学模型,并通过ANSYS有限元软件验证了模型的有效性,通过对比指出了模型的局限性;在此基础上采用有限元半解析混合建模方法,建立了阶梯轴-柔性盘系统的动力学模型,并利用ANSYS商业软件和实验对比了阶梯轴-轮盘系统固有特性以及响应特性,证明所建模型的有效性,并分析了盘的柔性对系统高阶振动的影响规律。（2）考虑轴向碰摩故障、径向碰摩及二者耦合影响,研究了碰摩对阶梯轴-刚性轮盘-机匣系统和阶梯轴-柔性轮盘-机匣系统动力学特性的影响。通过提取轮盘外沿处碰摩点与机匣的轴向和径向振动特征,绘制振动轮盘外沿和机匣运动轨迹,并通过时域波形、频谱图和三维谱图,探究了轮盘柔性及两种碰摩耦合对系统动力学响应的影响。（3）基于上述提出的有限元法与半解析方法混合建模方法,考虑系统中各部件柔性以及旋转效应影响,构建了阶梯轴-柔性盘-叶片系统动力学模型,并通过ANSYS有限元软件对比系统固有特性和响应特性,验证了所开发模型的有效性,在此基础上分析了陀螺效应、离心刚化和旋转软化效应对耦合系统动力学特性的影响。（4）考虑叶尖与机匣之间初始非均匀间隙的影响,建立了含碰摩故障的阶梯轴-柔性盘-叶片-机匣系统动力学模型,分析了机匣刚度、静态不对中大小、初始间隙和安装角对碰摩故障响应的影响。利用时域波形、轨迹图以及频域图,分析对比了不同叶片在碰摩时的所表现出来振动响应的差异性。
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