风车不平衡非线性振动分析

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1、硕士学位论文风车不平衡非线性振动分析研究生姓名：刘爽导师姓名：王伟副教授2015年4月30日分类号：V231密级：公开UDC：629.7学号：1201021中国民航大学硕士学位论文风车不平衡非线性振动分析研究生姓名：刘爽导师姓名：王伟副教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：航空工程所在院系：航空工程学院论文答辩日期：2015年4月30日2015年4月30日AnalysisofNonlinearVibrationoftheWindmillingImbalanceADissertationSubmittedtoCivi

2、lAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLIUShuangSupervisedbyProf.WANGWeiAeronauticalEngineeringCollegeCivilAviationUniversityofChinaApril30,2015中国民航大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论义是我个导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，１、。尽我所知陈了文中特别加＾标注和致谢的地方外，论文中不包含

3、其他人己经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得中国民航大学或其它教育一机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。Ｉ：多旅曰期研究生签名；＾［｛＼．ｒ．巧中国民航大学学位论支使用授极声明中国民航大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档１，可＾｜采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的巧容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可

4、Ｗ公布包括刊登论文的全部或部分内容（。论文的公布）（包括刊登）授权中国民航大学研究生部办理。ｔ研究生签名：导师签名勺曰期＾：韦Ｓ：坤吁中国民航大学硕士学位论文摘要航空发动机转子与定子的碰摩问题由来已久，但是大多数研究都集中在高转速区域。当转子叶片脱落导致发动机停车时，会进入风车状态，由此产生的不平衡力会引起转子的风车不平衡振动。虽然此时转子转速很低，但是随着发动机转子与定子之间的间隙不断变小，风车不平衡产生的振动会很容易地使转子与定子发生接触，从而产生转子与定子的非线性碰摩现象。碰摩故障的发生，轻者引起机

5、体的剧烈振动，影响机体的使用寿命；重者会造成转子的永久性弯曲，甚至可能引发机毁人亡的恶性事故。因而需要对风车不平衡状态下发动机转子系统的非线性振动进行研究，建立系统参数与响应之间的联系，从而为如何避免碰摩故障问题的发生，进而提高航空发动机及飞机的安全性提供理论参考。本文主要研究了风车状态下，转子与定子之间的相互作用以及整个系统的非线性动力学行为。在考虑了弹性支承刚性转子/定子假设的基础上，参考GotzvonGroll的研究结果，建立了转子/定子系统的4自由度数值模型。针对不同的定子/转子质量比、间隙大小和阻尼大小，以

6、及有无摩擦力、几何或刚度非对称和是否考虑机翼自由度的情况分别进行了仿真。通过仿真结果能够观察到明显的跳跃和分岔，以及在风车不平衡状态下出现的低次谐波和高次谐波等非线性现象，从而显示出这一问题的复杂性。而不同的定子/转子质量比、间隙大小和阻尼又会对转子/定子接触的转速区间，转子振幅最大值及发生共振的转速大小产生明显的影响。通过对这些趋势进行分析并与以往文献中的规律进行对比，验证了数值模型的有效性，同时也对如何避免这一问题的发生提供了参考。关键词：航空发动机转子系统；非线性动力学；碰摩；风车状态；振动I中国民航大学硕士学

7、位论文AbstractRub-impactinrotortostatorinaero-enginehasbeenaproblemforalongtime,butmostresearchhavefocusedontherangeofhigherrotatedspeed.Thewindmillingconditionoccursinaero-enginesafterafan-bladehascomeoffduringflightandtheincomingairflowrotatesthefanafterenginesh

8、ut-downandthewindmillingunbalancevibrationwouldcausedbytheresultingunbalancedforce.Contactbetweenrotorandstatoriseasilyoccurredandthephenomenonofnonlinearrub-impactinrotorto