渦扇發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)建模與振動故障研究.pdf

1、大涵道比渦扇發(fā)動機具有推進效率高、巡航油耗低、可靠性高等優(yōu)點，廣泛用作運輸機和民航客機的主要動力裝置。低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是渦扇發(fā)動機的關(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)細長，支承跨度大，再加上工作時易受氣動載荷、機動載荷、離心載荷和溫度載荷的影響，造成了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動問題突出。低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度分析是發(fā)動機整機設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立有效的低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)分析模型是整機動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。
　　渦扇發(fā)動機運轉(zhuǎn)過

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，甚至造成整個葉身飛出，以致引發(fā)機毀人亡的嚴重空難。當葉片脫離發(fā)動機后，不平衡載荷可能會引起風扇轉(zhuǎn)子的彎曲振動或扭轉(zhuǎn)振動，甚至可能激發(fā)發(fā)動機繞掛架振動，誘發(fā)掛架低階扭轉(zhuǎn)振動，造成掛架的失效和破壞，導(dǎo)致發(fā)動機從飛機機翼上脫落，嚴重影響飛機的安全航行。同時，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而產(chǎn)生彈性振動或塑性變形，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。扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象具有潛伏性和突發(fā)性，在發(fā)動機運行狀態(tài)下進行振動監(jiān)測時往往不容易被發(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)到達一定程度后，裂紋不斷擴散，甚至引起材料斷裂，嚴重影響發(fā)動機工作的可靠性與安全性。
　　針對渦扇發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，重點研究結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性及惡劣載荷下的動力學(xué)響應(yīng)特性。本論文主要研究內(nèi)容包括以下三個方面：
　　第一，建立低壓轉(zhuǎn)子的有限元模型，進行風扇葉片和轉(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動微分方程，進行有限元分析與數(shù)值求解結(jié)果對比。
　　第二，研究低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動特性，建立轉(zhuǎn)子非線性扭轉(zhuǎn)振動的運動微分方程，對扭轉(zhuǎn)振動中存在剛度漸軟Duffing非線性現(xiàn)象的原因進行理論推導(dǎo)，并進行了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的有限元仿真和掃頻試驗。
　　第三，設(shè)計以轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動為基礎(chǔ)的試驗臺，用于檢驗扭轉(zhuǎn)振動理論分析過程和有限元仿真結(jié)