渦扇發(fā)動機低壓轉子系統(tǒng)動力學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。低壓轉子系統(tǒng)是渦扇發(fā)動機的關鍵組成部分，其結構復雜，尺寸受限于高壓轉子的裝配，所以結構細長，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，造成了轉子系統(tǒng)的振動問題突出。低壓轉子系統(tǒng)的結構強度分析是發(fā)動機整機設計的關鍵環(huán)節(jié)，建立有效的低壓轉子系統(tǒng)動力學分析模型是整機動力學研究的基礎。
　　渦扇發(fā)動機運轉過

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子的彎曲振動或扭轉振動，甚至可能激發(fā)發(fā)動機繞掛架振動，誘發(fā)掛架低階扭轉振動，造成掛架的失效和破壞，導致發(fā)動機從飛機機翼上脫落，嚴重影響飛機的安全航行。同時，低壓轉子本身在高轉速下承受較大的扭轉力矩，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)轉子系統(tǒng)的扭轉振

3、動。扭轉振動現(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)，切向交變扭轉應力引發(fā)材料產(chǎn)生疲勞積累，累積效應到達一定程度后，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)動機低壓轉子系統(tǒng)，重點研究結構系統(tǒng)的振動特性及惡劣載荷下的動力學響應特性。本論文主要研究內(nèi)容包括以下三個方面：
　　第一，建立低壓轉子的有限元模型，進行風扇葉片和轉子系統(tǒng)的預應力模態(tài)分析，著重關注

4、惡劣載荷影響下低壓轉子的動力學響應特性，建立低壓轉子系統(tǒng)葉片脫落的有限元模型以及轉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)值求解結果對比。
　　第二，研究低壓轉子系統(tǒng)扭轉振動特性，建立轉子非線性扭轉振動的運動微分方程，對扭轉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，并進行了轉子結構的有限元仿真和掃頻試驗。
　　第三，設計以轉子扭轉振動為基礎的試驗臺，用于檢驗扭轉振動理論分析過程和有限元仿真結