风车不平衡非线性振动分析

发布时间：2017-09-29 04:01

  本文关键词：风车不平衡非线性振动分析

  更多相关文章： 航空发动机转子系统 非线性动力学 碰摩 风车状态 振动

【摘要】：航空发动机转子与定子的碰摩问题由来已久,但是大多数研究都集中在高转速区域。当转子叶片脱落导致发动机停车时,会进入风车状态,由此产生的不平衡力会引起转子的风车不平衡振动。虽然此时转子转速很低,但是随着发动机转子与定子之间的间隙不断变小,风车不平衡产生的振动会很容易地使转子与定子发生接触,从而产生转子与定子的非线性碰摩现象。碰摩故障的发生,轻者引起机体的剧烈振动,影响机体的使用寿命;重者会造成转子的永久性弯曲,甚至可能引发机毁人亡的恶性事故。因而需要对风车不平衡状态下发动机转子系统的非线性振动进行研究,建立系统参数与响应之间的联系,从而为如何避免碰摩故障问题的发生,进而提高航空发动机及飞机的安全性提供理论参考。本文主要研究了风车状态下,转子与定子之间的相互作用以及整个系统的非线性动力学行为。在考虑了弹性支承刚性转子/定子假设的基础上,参考Gotz von Groll的研究结果,建立了转子/定子系统的4自由度数值模型。针对不同的定子/转子质量比、间隙大小和阻尼大小,以及有无摩擦力、几何或刚度非对称和是否考虑机翼自由度的情况分别进行了仿真。通过仿真结果能够观察到明显的跳跃和分岔,以及在风车不平衡状态下出现的低次谐波和高次谐波等非线性现象,从而显示出这一问题的复杂性。而不同的定子/转子质量比、间隙大小和阻尼又会对转子/定子接触的转速区间,转子振幅最大值及发生共振的转速大小产生明显的影响。通过对这些趋势进行分析并与以往文献中的规律进行对比,验证了数值模型的有效性,同时也对如何避免这一问题的发生提供了参考。
【关键词】：航空发动机转子系统 非线性动力学 碰摩 风车状态 振动
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231.92
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 主要符号表7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究的背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究情况13-15
• 1.2.2 国内研究情况15-16
• 1.3 论文的内容与结构安排16-18
• 1.3.1 论文的研究内容16
• 1.3.2 论文的结构安排16-18
• 第二章 风车不平衡非线性振动的动力学建模18-30
• 2.1 非线性振动简介18-20
• 2.2 刚性转子/定子交互系统的动力学特性20
• 2.3 碰摩模型的选取20-23
• 2.4 转子/定子非线性运动方程的建立23
• 2.5 同步全周碰摩情况初步分析23-25
• 2.6 准静态平衡情况初步分析25-29
• 2.6.1 正向进动25-26
• 2.6.2 反向进动26-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第三章 非线性微分方程数值仿真方法30-42
• 3.1 初值问题31-33
• 3.2 边界值问题33
• 3.3 打靶法33-34
• 3.4 谐波平衡法34-36
• 3.5 弧长延拓法36-37
• 3.6 在频率域内的稳定性分析37-40
• 3.7 本章小结40-42
• 第四章 基于风车不平衡状态的非线性振动数值参数分析42-70
• 4.1 不考虑定子质量的仿真分析43-47
• 4.1.1 扫频与稳态的结果对比43-44
• 4.1.2 不同转子/定子阻尼的结果对比44-46
• 4.1.3 不同间隙大小的结果对比46-47
• 4.2 刚性转子/定子和柔性支承的仿真分析47-54
• 4.2.1 不同定子质量的结果对比47
• 4.2.2 转子与定子分离研究47-53
• 4.2.3 不同接触刚度的结果对比53-54
• 4.3 考虑摩擦力的仿真分析54-56
• 4.3.1 正向进动54-55
• 4.3.2 反向进动55-56
• 4.4 几何或刚度各向异性的仿真分析56-61
• 4.4.1 考虑几何偏心率的结果56-57
• 4.4.2 考虑机翼自由度的结果57-61
• 4.5 数值求解难点说明61-68
• 4.5.1 时域积分求解误差61-65
• 4.5.2 谐波平衡法频率选择65-66
• 4.5.3 多重解的寻找66-68
• 4.6 小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 论文工作总结70-71
• 5.2 创新点71
• 5.3 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 马菲;;塞斯纳172型飞机发动机失效后螺旋桨风车状态对飞行阻力的影响分析[J];科学技术与工程;2011年30期

2 冷步里,朱鸿义;模拟单转子发动机起动性能的计算模型[J];燃气涡轮试验与研究;1999年01期

3 黄求原;汤彬;周淼;;民用大涵道比分排涡扇发动机风车状态初步研究[J];民用飞机设计与研究;2013年S2期

4 吴文东;混合排气的涡轮风扇发动机在风车状态下的流量及内外涵流量分配的计算[J];工程热物理学报;1981年04期

5 李少伟;王如根;吴培根;;风车状态静子角度调节对高负荷风扇性能的影响[J];空军工程大学学报(自然科学版);2013年04期

6 王占学;王永杰;乔渭阳;刘文;;涡扇发动机低转速部件特性扩展和风车状态性能模拟[J];推进技术;2006年02期

7 陈能坤 ,景国光,王振芳;航空发动机在高空风车状态下预燃室内空气参数及油气比的计算[J];北京航空学院学报;1988年01期

8 许维进;凌政国;;现代歼击机停车迫降航线的研究和确定[J];飞行力学;1985年04期

9 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘爽;风车不平衡非线性振动分析[D];中国民航大学;2015年

，

本文编号：939817