某型航空发动机双转子系统动态特性分析

为了更好地了解和掌握航空发动机固有的振动特性,运用三维建模软件Catia对某型航空发动机双转子系统进行三维实体建模,并将其导入到ANSYS Workbench中对该模型进行模态分析。提取了前6阶固有频率和振型,并对仿真结果进行了分析。研究可为该型航空发动机的优化运行及其双转子结构优化设计提供参考和依据。     

弹性支承黏弹性阻尼-航空发动机薄壁机匣动力学特性分析

面向航空发动机薄壁机匣部件黏弹性约束层阻尼减振分析的工程需求,开展黏弹性阻尼-机匣弹性支承边界模拟和结构动力学分析研究。将机匣进行力学简化为圆柱壳体模型,通过引入一系列人工弹簧,将圆柱壳边界载荷的转化为弹簧的弹性势能,实现了机匣任意边界支撑刚度的有效模拟。结果表明：增大边界刚度可以提高机匣的固有频率,机匣的阻尼特性对支承刚度的敏感性与固有频率相反。此外,在机匣工程设计过程中,可以通过加强支撑结构的环向和法向刚度,获得满意的结构动力学特性。     

航空发动机多支撑附件系统振动传递路径分析

附件系统是航空发动机的重要组成部分,发动机过度振动常常会造成附件结构的局部破坏。针对某航空发动机具有多个安装结构支撑的滑油箱系统,开展不同飞行状态(空中慢车、巡航以及最大工作转速状态)下滑油箱振动传递路径分析(TPA)。首先,基于TPA基本原理,建立了多支撑滑油箱系统TPA有限元模型,并验证了模型的有效性。然后,基于某发动机实测滑油箱振动载荷谱,仿真分析了滑油箱多个目标点的振动响应。进一步地,基于仿真TPA方法,比较研究了不同飞行状态下安装结构对滑油箱振动响应的贡献量大小。结果表明,在N₁、N₂及2N₁处,滑油箱振动响应相对较大;在空中慢车和巡航状态,安装结构不同振动传递方向对目标点振动响应贡献量排序为Y>X>Z;在最大工作转速状态,不同安装结构Y向和X向振动传递方向对目标点振动响应贡献量相对较大。最后,通过降低主要传递路径的传递函数和工况载荷,滑油箱振动响应分别下降了1.5、2.8 dB。本文所使用的TPA分析方法可用于指导航空发动机复杂多支撑外部附件系统的动力学设计。     

模拟叶片气激及涂层阻尼减振有效性研究

针对航空发动机叶片高阶振动及阻尼涂层减振有效性的试验验证问题,通过构建旋笛式高频气激试验器,对单个非旋转叶片进行气体激振试验研究,同时完成有无涂层阻尼叶片在高频气激下的振动响应对比试验。结果表明：气动激振可以使叶片处于高应力工作状态,施加阻尼涂层是1种有效抑制振动响应的手段;气体激振测频结果与ANSYS计算、振动台测频结果基本吻合,说明气体激振不仅可以完成振动特性试验,而且可以通过调节气压和流量来控制激振力的大小,以此来控制振幅并完成振动疲劳试验     

航空管路接头密封特性及流体温度影响

对多尺度有限元模拟开展管路接头密封特性研究。基于管接头各部件粗糙表面的实测数据,建立具有粗糙表面的管路接头密封区域多尺度模型,通过接头拧紧过程的模拟计算获得了接头密封状态和密封性能。研究结果表明:多尺寸模型可以真实反映出管路接头拧紧过程中的密封状态和特性变化规律,从而提高管路接头装配方法计算精度;另外,在接头拧紧过程中,管路与卡套结合处高应力区是通过两个高应力区域向四周扩散的,管路接头密封性能变化呈现线性变化,并且管路接头最佳装配状态需要达到特定装配位置,合理可靠的装配对管路接头使用尤为重要;同时,流体温度在允许范围内,对管路接头的密封特性有一定影响。      

发动机双转子-机匣耦合系统碰摩故障分析

根据航空发动机双转子结构已被大量采用,构成航空发动机双转子-机匣耦合系统,将航空发动机转子系统简化为双转子-机匣耦合动力学系统,其中轴承被简化为弹簧和阻尼.考虑了低压转子与高压转子通过中介轴承的耦合作用,导出了连续体双转子多盘-机匣系统的四阶偏微分运动方程.运用变步长四阶龙格库塔法模拟了双转子系统的碰摩故障响应,分析了转速和中介轴承刚度对系统碰摩故障响应的影响,发现了该双转子模型在发生碰摩故障时的一些非线性动力特性,为解决工程实际问题提供了可参考的理论依据,具有一定的工程意义.      

航空花键振动磨损预测与实验

基于Archard经典磨损理论,推导振动条件下航空花键的键齿之间的相对运动位移,考虑实验花键模拟工况循环和振动位移,对实验花键的磨损进行了预测,并搭建了航空花键磨损实验台,开展磨损实验测试。理论预测表明:磨损量随着磨损系数、传递扭矩的增加而线性增加,随着齿数、硬度增加而线性减小,而随着振动量的增大而非线性增大。实验与仿真结果定性一致,在磨损初期存在一定波动,磨损后期存在一定的偏差,这是由于花键制造和安装偏差、理论模型简化以及难以考虑的花键复杂工况等所致。振动对花键磨损具有决定性影响,因此应合理控制内、外花键所在转子的振幅、提高花键转子设计动平衡等级可以有效延缓花键磨损。      

基础随机激励下纤维增强复合薄板振动疲劳寿命预报

针对传统有限元建模黑箱操作多、计算成本大、不具有自主知识产权等问题,基于经典层合板理论,随机振动理论和Miner线性积累损伤准则,建立了基础随机激励下纤维增强复合薄板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于应力模态法,推导了纤维增强复合薄板的应力频响函数,在考虑随机激励的基础上,得到了结构的随机振动等效应力功率谱密度函数。通过Dirlik、Bendat和Benasciutti-Tovo三种频域模型对应的概率密度函数,成功求解了相应的振动疲劳寿命。另外,采用ANSYS与nCode软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证,研究发现该模型寿命计算结果相对于商业软件计算结果的偏差不超过14.8%,但计算效率提高了17%～33%。因此,该模型可为预测随机激励下各向异性复合薄板的振动疲劳问题,提供一种思路和工具。     

航空发动机管路系统动力学特性综述

航空发动机管路系统主要承受来自机匣和管内流体的耦合激励作用,不同位置机匣传递的基础激励不同,如高低压转子振动、气动载荷、燃烧室火焰脉动和气动噪声激励等,管内流体激励包括介质压力脉动及管路形状改变造成的介质冲击载荷等;同时不同管型的管路通过卡箍、支架、接头等连接部件与机匣和附件相连,存在大量的结构耦合,这些都极易引发管路系统在多源载荷激励下的振动超限,诱发管路及卡箍产生裂纹等故障。为了提高管路系统服役期间的可靠性,在设计阶段需要开展动力学优化设计,并提出相应的设计标准及规范。目前管路系统动力学方面的研究主要聚焦在飞机、舰船及其他输油管路,针对航空发动机管路系统动力学特性的研究相对较少,对管路系统主要支撑部件卡箍静力学及动力学特性表征、弹支边界管路系统动力学特性、流固耦合管路系统动力学特性及管路系统动力学优化这4个方面的研究现状进行了总结与展望,旨在为航空发动机复杂管路系统设计及振动控制提供理论支持和技术指导。     

薄板结构畸变模型的动力学相似设计及几何区间确定

针对单层弹性薄板、层合板、涂层板及夹层板等常用板类结构的动力学相似试验模型设计,在归纳总结其基本假设及平衡方程的基础上,利用方程分析法,结合结构敏感性分析建立了4种结构悬臂板的畸变动力学相似关系,并进行对比分析;提出1种畸变模型的区间确定方法,基于模型与原型在第1阶固有相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时畸变模型的尺寸适用区间的确定方法,利用多项式拟合方法,得到单层弹性薄板模型和原型在不同阶次下的相似畸变模型几何结构适用区间的边界值方程。为薄板类结构试验模型的动力学相似设计提供了理论依据。