民航發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障機理仿真及實驗研究.pdf

1、隨著我國民航事業(yè)的快速發(fā)展，對民航飛機的使用效率及安全要求日益提高，民航發(fā)動機的穩(wěn)定運行及快速排故成為航班安全高效運營的重要保障。低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是民航發(fā)動機的核心旋轉(zhuǎn)部件，由于機械故障引起的民航發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非正常結(jié)構(gòu)振動對民航飛行安全有重要影響，掌握其故障機理可有效提高發(fā)動機故障診斷精確性，從而降低診斷維修成本。研究故障狀態(tài)下發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)機械故障機理，建立準(zhǔn)確的故障力學(xué)模型，從而獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障特征及對故障機理更深層的認(rèn)知，這對于民航

2、發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)整體設(shè)計和使用維修更有意義。所以本研究基于簡化的民航發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)合各故障力學(xué)模型，通過數(shù)值計算方法求解并分析故障狀態(tài)下動力學(xué)特性，主要研究內(nèi)容包括:
　　首先，建立簡化后民航發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，推導(dǎo)考慮Hertz接觸理論及EHL彈流潤滑理論的滾動軸承力方程，并在轉(zhuǎn)子模型中引入彈性支承條件下同心型擠壓油膜阻尼器結(jié)構(gòu)，采用Runge-Kutta數(shù)值解法進(jìn)行求解，分析EHL彈流潤滑理論及擠壓油膜阻尼器對于轉(zhuǎn)子

3、系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。
　　其次，通過定義滾動軸承凹坑及球缺尺寸建立內(nèi)圈及滾動體故障力學(xué)模型，分析含有滾動軸承故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性;基于材料力學(xué)方法建立齒式聯(lián)軸器單齒嚙合剛度模型，通過考慮不對中故障單齒嚙合距離計算得到齒式聯(lián)軸器不對中嚙合力，分析齒式聯(lián)軸器不對中故障下轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性;基于六自由度空間梁單元建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，根據(jù)卡氏定理通過應(yīng)力強度因子計算裂紋軸段附加柔度矩陣從而得到裂紋剛度矩陣，并結(jié)合應(yīng)力強度因子為零法來

4、模擬裂紋呼吸效應(yīng)，采用Newmark數(shù)值解法進(jìn)行求解，分析裂紋故障下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性;并進(jìn)一步討論擠壓油膜阻尼器分別對于滾動軸承故障、齒式聯(lián)軸器不對中故障以及裂紋故障下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。
　　最后，基于簡化后民航發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)搭建0-2-1支承形式實驗臺，采用電渦流傳感器和壓電式加速度傳感器進(jìn)行振動數(shù)據(jù)測量，分別進(jìn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障模擬實驗、松動故障模擬實驗、不對中-碰摩耦合故障模擬實驗以及滾動軸承故障模擬實驗研究，對