含結(jié)構(gòu)間隙的航空發(fā)動機整機振動建模與非線性動力學(xué)分析.pdf

1、由于制造、裝配誤差和使用磨損，航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子-支承-機匣耦合系統(tǒng)中普遍存在結(jié)構(gòu)間隙，具體主要表現(xiàn)在：（1）軸承外圈與軸承座孔之間的配合松動間隙；（2）滾動軸承滾動體與內(nèi)、外滾道之間的工作間隙；（3）葉片與機匣之間的碰摩間隙。這些典型的結(jié)構(gòu)間隙將導(dǎo)致連接或支承的剛度出現(xiàn)強非線性特征，使航空發(fā)動機整機振動表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性振動規(guī)律和特征。為了有效地分析這些故障特征，有針對性地控制航空發(fā)動機整機振動，本文進行了含結(jié)構(gòu)間隙的航空發(fā)動機整機振動建

2、模與非線性動力學(xué)研究，主要內(nèi)容為：
　?。?）利用有限元梁單元建立了某型無人飛行器用小型發(fā)動機整機振動耦合動力學(xué)模型，并采用時域數(shù)值積分求解系統(tǒng)非線性響應(yīng)。為模擬本文由于結(jié)構(gòu)間隙導(dǎo)致的強非線性振動響應(yīng)問題提供了整機耦合動力學(xué)模型。
　?。?）研究了軸承與軸承座之間的配合松動故障特征。首先，提出了軸承外圈與軸承座配合松動故障模型，指出該模型中在振動徑向方向，存在典型的連接剛度非線性問題，針對該類連接剛度非線性問題，研究了連接件

3、松動故障的非同步響應(yīng)特征。建立了含連接件松動故障的集總質(zhì)量模型，采用數(shù)值積分算法獲得質(zhì)量塊的加速度響應(yīng)，分析了不同的振動頻率下的非同步響應(yīng)特征，同時，建立了含連接件松動故障的試驗器，通過試驗驗證了非同步響應(yīng)規(guī)律；然后，基于轉(zhuǎn)子-滾動軸承試驗器，建立了含軸承外圈與軸承座配合松動故障的轉(zhuǎn)子-滾動軸承試驗器耦合動力學(xué)模型，利用數(shù)值積分算法仿真得到系統(tǒng)非線性響應(yīng)，分析了擰緊力矩對軸承座響應(yīng)的影響；最后，將該配合松動模型應(yīng)用到某小型發(fā)動機，獲取機

4、匣加速度響應(yīng)特征，并與該小型發(fā)動機的試車數(shù)據(jù)對比驗證。仿真和試驗得到的故障特征表現(xiàn)出了相同的故障特征。
　　（3）研究了考慮滾動軸承徑向游隙的發(fā)動機整機振動響應(yīng)特征分析。首先，針對某小型發(fā)動機整機振動耦合動力學(xué)模型，考慮到不同支承位置的滾動軸承徑向游隙，分析了其對整機振動影響的靈敏度，然后，針對靈敏度高的支承位置，分析了不同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子與滾動軸承外圈的接觸狀態(tài)以及非線性響應(yīng)規(guī)律，分析了轉(zhuǎn)子與滾動軸承之間的接觸力以及不同徑向游隙對其

5、的影響，從而揭示了徑向游隙對轉(zhuǎn)子運行的穩(wěn)定性的影響。
　?。?）研究了葉片-機匣碰摩故障模型，及其在碰摩故障激勵下的機匣響應(yīng)特征。首先，建立了新型葉片-機匣碰摩模型，該模型將葉片考慮為矩形梁模型，考慮到葉片-圓盤耦合動力學(xué)模型以及轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系和葉片坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換；考慮葉片-機匣之間的不均勻間隙；其次，將新型碰摩模型與某小型發(fā)動機進行結(jié)合，建立含碰摩故障的發(fā)動機整機振動模型，采用數(shù)值積分方法求得機匣加速度的響應(yīng)以及葉片響應(yīng)規(guī)律；