基于联合仿真技术某型航空发动机动力特性的研究

论文摘要

某型涡扇双转子航空发动机在试车过程中,振动故障频频发生,这严重影响了发动机出厂的合格率。航空发动机在批量生产过程中,按照相同技术、工艺要求生产／装配的同型号发动机,振动试车结果不尽相同,个别会相差悬殊或导致超标,这是国内外所有航空发动机企业一直面临的重要难题。由于技术上的复杂性,到目前为止,该型发动机振动故障的内在成因还没有彻底弄清楚,现场排故存在很大的盲目性和随机性,因此,进行整机振动特性分析势在必行。转子系统是航空发动机振动的振源。为了摸清航空发动机整机振动的传递规律,本文以某型涡扇双转子发动机为研究对象,采用大型有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件ADAMS进行发动机整机动力特性联合仿真。首先以转子系统为主要模拟、试验和分析对象来分析转子系统的动力特性；之后输出转子系统各个支点的反力,作为外部激力加载到静子系统的有限元模型,进行机匣系统的振动响应分析。而从直观反映各功能部件对整机的振动贡献和相互间传递规律。最后进行了航空发动机振动速度试验测试。该型航空发动机的振动测试试验的结果与采用有限元法分析计算的结果相符。该型发动机整机振动试验证明了本文所进行的航空发动机静子机匣模态分析、谐响应分析以及传递路径分析工作的正确性,说明采用联合仿真技术来研究与分析航空发动机整机的动力特性是可行的。本文研究的结果为该型航空发动机的排振工作提供了有效的理论依据,提出可行有效的排故方法,减少排振工作的盲目性。同时由于技术上的继承性和相似性,本文的研究方法可以推广应用于其他类型的航空发动机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的工程背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 转子系统动力学研究现状
• 1.2.2 转子动力特性研究现状
• 1.2.3 整机振动三维实体有限元法研究现状
• 1.2.4 研究现状总结
• 1.3 论文的研究思路和工作内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 工作内容
• 第2章 发动机结构与支承刚度计算
• 2.1 发动机结构分析
• 2.1.1 整机结构简介
• 2.1.2 承力系统及传力路线
• 2.2 整机结构简化
• 2.2.1 结构简化原理
• 2.2.2 结构简化方案
• 2.3 材料属性的等效计算
• 2.3.1 静子机匣材料属性
• 2.3.2 转子系统材料属性
• 2.4 弹性支承及轴承刚度计算
• 2.4.1 鼠笼式弹性支承刚度计算
• 2.4.2 弹性环式弹性支承刚度计算
• 2.4.3 轴承及其支承组件组合刚度计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 支承-转子系统临界转速和振型分析
• 3.1 转子轴段单元转子动力学模型
• 3.2 高、低压转子系统的三维有限元模型
• 3.2.1 高压转子的有限元模型
• 3.2.2 低压转子的有限元模型
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 利用ANSYS计算转子系统的临界转速和振型
• 3.3.2 ANSYS计算临界转速与厂家试验值的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 支承-转子系统振动响应分析
• 4.1 ADAMS软件的基本介绍
• 4.2 转子系统动力学仿真模型的建立
• 4.2.1 某发动机的转子动力学模型
• 4.2.2 动力学仿真模型的建立
• 4.3 转子系统振动响应分析
• 4.3.1 造成转子系统振动的主要原因分析
• 4.3.2 稳态不平衡响应分析
• 4.3.3 瞬态不平衡响应分析
• 4.4 输出载荷文件
• 4.5 本章小结
• 第5章 发动机整机振动响应分析及试验
• 5.1 整机静子机匣模型的建立
• 5.2 整机模态分析
• 5.3 静子机匣系统谐响应分析
• 5.3.1 谐响应分析
• 5.3.2 边界条件约束限制
• 5.3.3 载荷施加
• 5.3.4 计算结果
• 5.4 静子机匣系统振动传递路径分析
• 5.4.1 发动机测点位置选择
• 5.4.2 振动传递路径分析
• 5.5 发动机的振动测试试验
• 5.5.1 数值信号分析
• 5.5.2 试验方案
• 5.5.3 测试数据分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 工作结论
• 6.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文