渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與振動(dòng)故障研究.pdf

1、大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有推進(jìn)效率高、巡航油耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作運(yùn)輸機(jī)和民航客機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置。低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸受限于高壓轉(zhuǎn)子的裝配，所以結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，支承跨度大，再加上工作時(shí)易受氣動(dòng)載荷、機(jī)動(dòng)載荷、離心載荷和溫度載荷的影響，造成了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題突出。低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立有效的低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型是整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。
　　渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)

2、程中，外物撞擊或金屬疲勞都有可能引發(fā)葉片的局部斷裂，甚至造成整個(gè)葉身飛出，以致引發(fā)機(jī)毀人亡的嚴(yán)重空難。當(dāng)葉片脫離發(fā)動(dòng)機(jī)后，不平衡載荷可能會(huì)引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的彎曲振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，甚至可能激發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)繞掛架振動(dòng)，誘發(fā)掛架低階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，造成掛架的失效和破壞，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)從飛機(jī)機(jī)翼上脫落，嚴(yán)重影響飛機(jī)的安全航行。同時(shí)，低壓轉(zhuǎn)子本身在高轉(zhuǎn)速下承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩，軸系容易受到外界擾動(dòng)而產(chǎn)生彈性振動(dòng)或塑性變形，葉片脫落引入的不平衡載荷容易誘發(fā)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振

3、動(dòng)。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象具有潛伏性和突發(fā)性，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)往往不容易被發(fā)現(xiàn)，切向交變扭轉(zhuǎn)應(yīng)力引發(fā)材料產(chǎn)生疲勞積累，累積效應(yīng)到達(dá)一定程度后，裂紋不斷擴(kuò)散，甚至引起材料斷裂，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性與安全性。
　　針對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性及惡劣載荷下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性。本論文主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面：
　　第一，建立低壓轉(zhuǎn)子的有限元模型，進(jìn)行風(fēng)扇葉片和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，著重關(guān)注

4、惡劣載荷影響下低壓轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性，建立低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)葉片脫落的有限元模型以及轉(zhuǎn)子在不平衡載荷作用下的運(yùn)動(dòng)微分方程，進(jìn)行有限元分析與數(shù)值求解結(jié)果對(duì)比。
　　第二，研究低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，建立轉(zhuǎn)子非線(xiàn)性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中存在剛度漸軟Duffing非線(xiàn)性現(xiàn)象的原因進(jìn)行理論推導(dǎo)，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的有限元仿真和掃頻試驗(yàn)。
　　第三，設(shè)計(jì)以轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)為基礎(chǔ)的試驗(yàn)臺(tái)，用于檢驗(yàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)理論分析過(guò)程和有限元仿真結(jié)