挤压油膜转子系统建模方法研究及动力特性分析

发布时间：2020-07-05 16:54

【摘要】：为追求高性能、高可靠性的航空发动机,同/反向旋转双转子技术、挤压油膜阻尼器(Squeeze Film Damper,SFD)和中介轴承结构在现代航空发动机上得到了广泛应用。这些技术的采用提升了发动机性能,但同时也使得转子系统动力特性更加复杂。因而需要对转子系统动力学特性进行更加精准的预测,从而能够在利用新技术提升发动机性能的同时保证其安全、可靠、平稳的运转。针对上述问题,本文开展了航空发动机挤压油膜转子系统建模方法、非线性动力特性求解分析及试验研究。主要研究内容和创新成果如下:(1)基于Timoshenko梁发展了一种适用于挤压油膜转子系统动力学建模的方法。为提高挤压油膜转子系统动力特性计算效率,将有限元法与不同的模型缩减方法相结合,定量分析了不同模型缩减方法的优缺点。利用Timoshenko梁单元建立有限元模型,随后通过不同模型缩减方法得到缩减后的转子系统动力学方程并进行了转子动力特性计算,并给出了特征方程法在双转子系统上的应用方法。研究表明:固定界面模态综合法在计算精度和计算效率上均优于其他模型缩减方法;特征方程法与Campbell图法精度相当,但计算耗时远小于Campbell图法。上述研究说明将有此方法可以在保证计算精度的前提下建立复杂系统动力学模型,对于缩短转子系统设计周期具有重要的工程应用价值。(2)将有限元法与固定界面模态综合法相结合,发展了一种适用于挤压油膜转子系统动力学建模的方法,提出了一种高效的非线性转子系统时域建模和求解方法,研究了双转子系统非线性不平衡响应特性,揭示了转速比等因素对转子系统不平衡响应的影响规律。该建模方法和非线性分析方法具有重要的理论意义,研究结果具有重要的工程应用价值。(3)建立了挤压油膜转子系统静偏心分析模型,开展了非线性动力特性响应分析,发现静偏心情况下,转子系统响应中会出现明显的静位移和倍频成分,可以为挤压油膜阻尼器设计提供参考。研究发现:静偏心会导致转子系统运动的周期性发生变化;静偏心会导致轴颈在远离中心的位置做半径很小的涡动,严重削弱挤压油膜阻尼器的减振效果。研究结果表明油膜静偏心明显不利于转子系统的安全、平稳运转,因此在进行转子动力学设计时需将预防油膜静偏心的措施作为一个重要因素加以考虑。(4)基于有限元法、谐波平衡法以及时/频域变换技术,以含中介支承的浮环式挤压油膜阻尼器(Floating Ring Squeeze Film Damper,FSFD)-双转子系统为研究对象,发展了一种适用于非线性转子系统建模和求解的频域方法。通过该方法开展了FSFD-双转子系统非线性不平衡响应的参数影响研究。研究分析了FSFD油膜厚度、支承刚度等因素对FSFD-双转子系统非线性动力特性的影响规律。研究发现:内、外转子在中介轴承附近振动最大,对应实际航空发动机双转子系统的高低压涡轮盘;降低中介轴承附近内、外转子相关支承的刚度和油膜厚度可以有效降低整个转子系统最大振幅,调整内转子后支承FSFD的油膜厚度效果最好;FSFD对于突加不平衡具有很好的抑制效果。该方法为挤压油膜转子系统的动力特性研究提供了高效的频域建模和求解途径,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文的研究内容为挤压油膜转子系统的非线性动力特性研究提供了高效的建模方法和研究基础。研究结果对挤压油膜转子系统的设计以及新技术、新结构的应用具有重要的理论指导意义和工程应用价值。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231.96
【图文】：

中介轴,低压转子,发动机,轴承

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发动机,中介轴,优点,高压涡轮

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【参考文献】