一種航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計方法
【專利摘要】一種航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計方法，本發(fā)明確定了高壓轉(zhuǎn)子模型設(shè)計參數(shù)與轉(zhuǎn)子振動特性之間的關(guān)系，從而為高壓轉(zhuǎn)子的動力學(xué)設(shè)計提供了設(shè)計方法和準則，對于發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。本發(fā)明通過建立高壓轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型與動力學(xué)方程，得到無量綱化特征方程；引入當量臨界轉(zhuǎn)速，通過當量臨界轉(zhuǎn)速確定高壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩階臨界轉(zhuǎn)速范圍；通過配置殘余不平衡量相位，改變了傳統(tǒng)的平衡量配置方法；在設(shè)計中根據(jù)具體設(shè)計目標配置轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量比；建立了轉(zhuǎn)子支承剛度比的配置準則。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的設(shè)計流程，實現(xiàn)了高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)的主動設(shè)計，有助于優(yōu)化設(shè)計流程，縮短設(shè)計周期，具有重要的工程價值。
【專利說明】一種航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機動力學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，是一種航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子由高壓壓氣機、高壓渦輪和支承系統(tǒng)構(gòu)成。一般情況下，將轉(zhuǎn)子設(shè)計成剛性轉(zhuǎn)子，而支承帶有彈性，且在前支點配置彈支和擠壓油膜阻尼器，如GE90和GEnx發(fā)動機就采用了這種設(shè)計方案。
[0003]對于高壓轉(zhuǎn)子的設(shè)計，目前的研究多聚焦于轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的配置和振動特性的分析與驗證兩方面。即要求一階臨界轉(zhuǎn)速(平動模態(tài))在發(fā)動機慢車以下，而二階臨界轉(zhuǎn)速(俯仰模態(tài))則在工作轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。發(fā)動機每次運行，都將通過臨界轉(zhuǎn)速。因此，需在支承處設(shè)計擠壓油膜阻尼器，以減小轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時的振動。擠壓油膜阻尼器一般配置在高壓轉(zhuǎn)子的前支點處。但阻尼器的阻尼效果將受到轉(zhuǎn)子設(shè)計參數(shù)的影響。
[0004]總體上，目前在設(shè)計高壓轉(zhuǎn)子時，對于轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計而言尚不充分，例如模型參數(shù)如何影響轉(zhuǎn)子的各階模態(tài)，如何配置各支承參數(shù)，如何配置和預(yù)估轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，殘余不平衡量對各階振動的影響以及模型參數(shù)對阻尼器效果的影響等方面。
[0005]國內(nèi)外相關(guān)專利文獻和論文中關(guān)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)的內(nèi)容多集中于轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，數(shù)值計算與驗證及動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計等。但是其研究背景主要依賴于現(xiàn)有型號和轉(zhuǎn)子。由于沒有將轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計貫穿于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的整個設(shè)計階段，其應(yīng)用與具體的轉(zhuǎn)子模型時效果突出，所以其拓展性受到一定限制。例如，在
【發(fā)明者】廖明夫, 譚大力, 耿建明, 王四季, 王儼剴, 楊伸記, 劉展翅 申請人:西北工業(yè)大學(xué), 中國人民解放軍92537部隊