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GTF发动机高速柔性转子系统支点动载荷控制方法

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航空动力学报 2022年第10期37卷 2213-2223页

作者：宋梓宇洪杰王永锋马艳红北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对齿轮驱动涡扇(geared turbofan,GTF)发动机高速柔性转子系统,建立力学模型与有限元模型,在分析支点动载荷组成与特征的基础上,提出临界转速支点动载荷控制方法与模态振型控制评估参数。通过控制临界转速模态振型中大质量惯性部件角... 详细信息

针对齿轮驱动涡扇(geared turbofan,GTF)发动机高速柔性转子系统,建立力学模型与有限元模型,在分析支点动载荷组成与特征的基础上,提出临界转速支点动载荷控制方法与模态振型控制评估参数。通过控制临界转速模态振型中大质量惯性部件角向模态位移,降低转子对惯性主轴倾斜旋转惯性激励敏感度,以及控制弯曲振型节点位置靠近支点,实现高速柔性转子弯曲振型临界转速下支点动载荷控制。结果表明,通过在低压涡轮采用双支点布局,以及优化低压压气机轴颈刚度,可实现上述临界转速模态振型有效控制,转子弯曲振型临界转速下支点动载荷可降低约14%~65%,验证了本文方法有效性。

关键词： GTF发动机高速柔性转子不平衡响应支点动载荷临界转速模态振型控制

高速柔性转子-支承系统耦合动力特性计算与试验

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航空发动机 2022年第3期48卷 60-64页

作者：龙伦袁巍王建方刘文魁唐振寰中国航发湖南动力机械研究所 2.中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室:湖南株洲412002

随着航空发动机朝着高转速、高推重比方向发展,机匣壁设计得越来越薄,导致转、静子系统间的耦合振动问题突出,增加了发动机整机振动过大风险。针对某型高速柔性转子试验件系统,建立了柔性转子-支承系统的力学模型,采用有限元软件ANSYS... 详细信息

随着航空发动机朝着高转速、高推重比方向发展,机匣壁设计得越来越薄,导致转、静子系统间的耦合振动问题突出,增加了发动机整机振动过大风险。针对某型高速柔性转子试验件系统,建立了柔性转子-支承系统的力学模型,采用有限元软件ANSYS对系统进行耦合动力特性分析,并开展了转子系统动力特性试验。结果表明:采用转子-支承系统耦合模型进行动力特性分析获得的峰值转速计算结果与试验结果差异为3%左右;由于支承系统存在共振,转子在工作转速范围内由2个峰值转速40%n、69%n变为3个峰值转速38%n、62%n和84%n,增加的峰值转速落在转速常用工作转速范围内,增加了系统振动过大风险。采用转子-支承系统耦合模型进行转子系统动力特性设计可以避免传统方法仅考虑转子动力特性而忽略了支承系统局部振动和耦合振动带来的振动问题,更为全面地指导发动机转子动力学设计。

关键词：高速柔性转子支承系统耦合动力特性动力特性试验航空发动机

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高速柔性转子突加大不平衡响应研究

高速柔性转子突加大不平衡响应研究

作者：叶冬浙江大学

学位级别：硕士

高速柔性转子叶片飞脱后产生的突加大不平衡载荷对转子以及安装环节的结构振动响应是现代航空发动机研究领域关注的重点。通过模拟叶片飞脱试验与数值仿真方法相结合,研究叶片飞脱后高速柔性转子的突加不平衡响应特性。主要完成了以下... 详细信息

高速柔性转子叶片飞脱后产生的突加大不平衡载荷对转子以及安装环节的结构振动响应是现代航空发动机研究领域关注的重点。通过模拟叶片飞脱试验与数值仿真方法相结合,研究叶片飞脱后高速柔性转子的突加不平衡响应特性。主要完成了以下工作：(1)建立了简化的转子-支承模型,利用LS-DYNA进行了叶片飞脱的模拟仿真计算。研究了不同飞脱质量以及不同飞脱转速下转子的不平衡响应。通过仿真分析,深入研究了不同质量和不同飞脱转速下,转子的不平衡响应以及限位支承处的受力,分析得到了转子的失效形式为轴的扭断失效,转子在与限位支承发生碰磨时,表现为两种状态：一种是转子与限位支承保持非连续的碰擦情况下,转子不断回弹减少不平衡响应,这种碰擦使得轴自身发生扭转变形,此时的变形是可以恢复的;另外一种是转子与限位支承持续碰擦而无回弹现象时,转子的扭转变形将使轴在最薄弱的地方发生扭断。这两种状态在不平衡响应中顺序发生。限位支承在不平衡响应中起到限位保护作用,研究表明随着离限位支承的轴向距离的增加,这种限位保护作用越弱。对比了限位支承与轴系间隙分别为0.5mm、1mm、1.5mm三种情况下的不平衡响应,碰磨力随着间隙的变化呈现先增加后减少的趋势,但是间隙过大,限位支承不能很好起到限位保护的作用,可见碰磨力的大小并不能作为唯一反应轴系危险情况的指标,还需要综合考虑转子的轴心位移。(2)利用ZUST6D型转子高速旋转试验台,研究叶片飞脱导致的突加不平衡载荷下高速柔性转子的动力学响应。比较了不同飞脱叶片的重量和叶片飞脱形式对转子轴系的突加不平衡响应的影响;发现单叶片飞脱与叶片顺序飞脱相比,瞬时转子振动与限位支承的承载所能达到的幅值具有相同的量级;但是单叶片飞脱对高速柔性转子带来的危害性更大,长时间的大不平衡量传递给限位支承-支承座-保护环-吊架,使支承-支承座-吊架系统产生了剧烈的振动响应,这种响应在真实发动机中可能导致安装节失效;对于相同质量的飞脱叶片,较高的飞脱转速会导致限位支承-支承座-保护环-吊架系统更剧烈的振动响应;在相同的飞脱转速下,较大的飞脱质量会导致限位支承-支承座-保护环-吊架系统更剧烈的振动响应。(3)设计了采用涡轮增压器为主要部件的专用于叶片飞脱整体振动响应研究的卧式高速旋转试验器,并完成了试验器的初步搭建和开机测试,提出了对试验器的改进方案。

关键词：高速柔性转子叶片飞脱突加不平衡响应限位支承载荷数值仿真整体振动响应试验器

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高速柔性转子离线动平衡方法研究

高速柔性转子离线动平衡方法研究

作者：张春光沈阳工业大学

学位级别：硕士

动平衡是转子加工制造过程中非常重要的步骤。经过长时间发展,按动平衡过程在转子生产到应用中所处的时间位置,分为离线动平衡,在转子加工生产时进行动平衡;现场动平衡,在产品装配完成后对转子进行动平衡;在线动平衡,在转子运行过程中... 详细信息

动平衡是转子加工制造过程中非常重要的步骤。经过长时间发展,按动平衡过程在转子生产到应用中所处的时间位置,分为离线动平衡,在转子加工生产时进行动平衡;现场动平衡,在产品装配完成后对转子进行动平衡;在线动平衡,在转子运行过程中进行动平衡。三类动平衡分别对应去除转子自身的不平衡、装配时带来的不平衡、运行过程中产生的不平衡。三种动平衡步骤中前面的残余不平衡量会加大后面步骤的难度。传统离线动平衡在转子上确定若干个平衡平面,通过在平衡平面上引入新的偏心质量来抑制转子整体振动幅度。这种方法对于长径比较小、刚度较大的转子有很好的平衡效果。随着转子向高转速、高长径比发展,转子离线动平衡时需要多个平衡平面,计算多个平衡平面上所需的配重,需要多次试重测量,动平衡过程复杂平衡效率低。文中提出一种新的离线动平衡方法。通过轴向连续测量转子振动位移与相位,获得转子全轴长的振动信息,设计循环迭代程序逆求解得到转子全轴长的偏心质量。文中对三种不同偏心质量分布情况进行了逆求解计算的仿真分析。有限元软件参与逆求解计算过程,得出的偏心质量是节点偏心质量。连续平衡过程中需要将节点偏心质量转换成连续偏心质量。并按转子可加工表面与不可加工表面进行区分,做出相应调整。对于存在不可加工表面的转子,文中通过计算残余偏心质量,在于原始偏心质量做差的方式得出动平所需去除量。最后设计实验台,对提出的离线动平衡方法进行实验验证。沿转子轴向将转子划分为100个节点,在每个节点位置上通过激光位移传感器检测转子振动,同时记录转子相位。分别进行添加配重、无配重的振动测量实验,进行数据处理,比较两组数据中每个节点振动位移形成的正弦曲线的振幅、相位的区别,验证提出的离线动平衡方法的可行性。

关键词：离线动平衡逆求解计算高速柔性转子迭代仿真计算

高速柔性转子动平衡中VC++与MATLAB混合编程的应用

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汕头大学学报（自然科学版） 2004年第1期19卷 75-80页

作者：肖敏丁康汕头大学机械电子工程系汕头515063 西安交通大学机械工程学院西安710049

文章介绍了利用 VC+ + 与 MATALB对高速柔性转子动平衡进行混合编程计算的方法 ,与以往应用的老程序相比较 ,该程序在数据结构、数据处理和面向对象的应用上存在较大的优越性 .应用结果表明 :用 VC+ + 与

关键词：高速柔性转子动平衡 VC++ MATLAB 混合编程旋转机械程序设计

同心与非同心挤压油膜阻尼器-柔性转子系统减振特性研究

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同心与非同心挤压油膜阻尼器-柔性转子系统减振特性研究