含碰摩故障的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)建模與分析.pdf

1、現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)通過減小轉(zhuǎn)靜間隙來(lái)追求高推重比的同時(shí)，大大加劇了轉(zhuǎn)子葉片與靜子機(jī)匣間的碰撞摩擦事故發(fā)生。隨著航空事業(yè)的發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性的要求也越來(lái)越高，這就需要深入認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)靜碰摩故障的振動(dòng)特性，為有效地排除和預(yù)防碰摩故障提供理論依據(jù)?；诖?，本文進(jìn)行了如下研究工作：
　　 (1)針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，建立了含轉(zhuǎn)子碰摩故障的單/雙轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承-機(jī)匣耦合動(dòng)力學(xué)模型。在模型中，考慮了由轉(zhuǎn)靜碰摩所導(dǎo)致的機(jī)匣運(yùn)動(dòng)，滾

2、動(dòng)軸承外圈與軸承座之間的彈性支承和擠壓油膜阻尼，同時(shí)，充分考慮了滾動(dòng)軸承間隙、滾動(dòng)軸承滾珠與滾道的非線性赫茲接觸力以及由滾動(dòng)軸承支撐剛度變化而產(chǎn)生的VC(Varying compliance)振動(dòng)。在雙轉(zhuǎn)子模型中還考慮了高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的耦合振動(dòng)。最后，運(yùn)用四階龍格庫(kù)塔法獲取了系統(tǒng)響應(yīng)，并驗(yàn)證了模型的正確性。
　　 (2)針對(duì)單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，利用時(shí)域波形圖、軸心軌跡圖、頻譜圖、Poincaré圖、分岔圖等方法，討論了轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)非線

3、性的影響。利用頻譜圖和三維瀑布圖分析了含碰摩故障的單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻譜響應(yīng)，比較了發(fā)生碰摩與不發(fā)生碰摩故障的頻率響應(yīng)的差異，發(fā)現(xiàn)了單轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷的故障特征頻率；最后，利用航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器進(jìn)行了碰摩故障實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果取得了很好的一致性。
　　 (3)在雙轉(zhuǎn)子模型中，不僅對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行了較為詳細(xì)的建模，而且考慮了高低壓轉(zhuǎn)子通過中介軸承的耦合作用。根據(jù)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的仿真結(jié)果，首先，分析了不同轉(zhuǎn)速比時(shí)，系統(tǒng)

4、隨碰摩剛度變化的非線性響應(yīng)規(guī)律。然后，分析了雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩與不碰摩時(shí)頻率響應(yīng)的差異性，并為雙轉(zhuǎn)子的碰摩故障診斷提供了故障特征頻率。最后，分析了轉(zhuǎn)速對(duì)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的拍振響應(yīng)和振信號(hào)強(qiáng)度的影響，并利用雙轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器驗(yàn)證了雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的拍振響應(yīng)規(guī)律。
　　 (4)研究了支持向量機(jī)分類器算法，利用遺傳算法實(shí)現(xiàn)了SVM模型參數(shù)的自動(dòng)選取。并將SVM運(yùn)用與轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷。對(duì)于單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，首先利用轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承-機(jī)匣動(dòng)力學(xué)模型仿真出大量的碰摩故障