航空发动机转子—刷式密封系统动力学特性研究

论文摘要

刷式密封可以有效地减少泄漏并提高转子系统的稳定性,提高发动机的工作性能。对刷丝和转子之间动力学特性的研究可以为刷式密封泄漏特性分析、磨损特性研究、流体激振和转子系统的稳定性分析提供力学模型和研究基础,具有重要的意义。基于弹性梁变形理论和转子动力学理论,在不考虑气流作用力的情况下,本文对刷式密封刷丝和转子相互作用的力学特性以及转子-刷式密封系统的转子动力学特性进行了研究。把刷丝作为悬臂梁处理,从单根刷丝和转子之间相互作用的几何关系出发,得到了单根刷丝和转子之间的作用力模型。将整圈刷丝对转子的作用力系进行简化,建立了刷式密封对转子的力学模型,为进一步研究转子-刷式密封系统的动力学特性提供了理论基础。并仿真研究了刷式密封参数对此作用力的影响。使用八参数表述形式将刷式密封作用力和动力特性系数与转子的振动联系起来,推导了含有四个刚度系数的刚度模型。将得到的刷式密封对转子的作用力表达式进行简化,得到了简化的易于应用的刚度系数表达式。建立了刚性支承条件下单圆盘转子-刷式密封系统的有限元模型和转子动力学方程,使用Newmark方法求解方程得到了系统的转子动力学特性,并分析了刷式密封对转子振动特性的影响,为转子系统设计和进一步的研究提供了依据和基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 刷式密封研究综述
• 1.2.1 刷式密封的结构设计
• 1.2.2 刷式密封流场研究
• 1.2.3 刷式密封动力学特性研究
• 1.2.4 刷式密封磨损特性研究
• 1.2.5 刷式密封热学特性研究
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 刷式密封动力学模型研究
• 2.1 转子没有涡动偏心时单根刷丝和转子相互作用关系
• 2.2 转子存在涡动偏心时单根刷丝与转子相互作用关系
• 2.2.1 单根刷丝与转子相互作用的几何和力学关系推导
• 2.2.2 刷式密封参数对单根刷丝与转子之间的正压力的影响
• 2.3 刷式密封整圈刷丝对转子的作用力
• 2.3.1 单根刷丝对转子的作用力系向转子轴心的简化
• 2.3.2 刷式密封整圈刷丝对转子的作用力
• 2.4 刷式密封参数对作用力的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 刷式密封刚度模型研究
• 3.1 转子受到的刷式密封扰动反力分析
• 3.2 刷式密封刚度模型推导
• 3.3 数值仿真和分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 转子-刷式密封系统动力学特性研究
• 4.1 单圆盘转子-刷式密封系统的有限元建模
• 4.1.1 刚性圆盘的运动方程
• 4.1.2 弹性轴段的运动方程
• 4.1.3 系统的运动方程
• 4.2 转子动力学仿真研究对象及离散化
• 4.3 Newmark方法简介
• 4.4 转子-刷式密封系统动力学仿真及分析
• 4.4.1 转子-刷式密封系统的响应仿真和分析
• 4.4.2 刷式密封参数对系统不平衡响应影响的仿真和分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢