机动飞行条件下航空发动机双转子动力学特性分析

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1、中文摘要机动性是衡量战机性能的一项重要标准，机动飞行会对航空发动机转子系统的稳定运行产生较大影响，其动力学响应特征也与固定于地面上的转子系统有诸多不同。本文以航空发动机耦合双转子系统为研究对象，利用数值仿真与实验的方法研究了基础固定条件下和机动飞行时耦合双转子系统动力学特性。主要工作和结论如下：1.对基础固定和机动飞行条件下无故障和含局部碰摩故障的航空发动机转子系统的研究现状进行了简要综述，并对文中涉及的相关理论知识、测试技术等作了介绍。2.利用拉格朗日方程建立了机动飞行条件下航空发动机双转子系统的动力学模型，在模型中考虑了中介轴

2、承的耦合作用及陀螺力矩的影响，之后利用Runge-Kutta方法对系统在跃升和横滚飞行姿态下的动力学响应进行仿真计算。发现机动飞行会使转子的运动发生较大改变，发生拟周期、混沌等较为复杂的运动形式；转子的振动幅值会随机动飞行速度的增加而变大，轴心平衡位置发生偏移；由于经历机动飞行，转子的振动频谱中会出现除内外转子基频以外的分频和倍频成分，系统发生亚谐和超谐共振现象。通过与实验结果进行对比，验证了所建立动力学模型的正确性。3.在机动飞行条件下耦合双转子系统动力学模型的基础上，考虑外转子和机匣之间碰摩的影响，研究转子碰摩时的运动规律，结

3、果表明：机动飞行时转子基频振幅的大幅增加会导致碰摩故障，转子的轴心轨迹会发生较大改变，轴心平衡位置在不同的碰摩点之间往复运动；机动飞行使碰摩故障发生的转速范围增大，碰摩程度加重，在一定的机动飞行参数下，系统分岔点发生滞后效应；发生碰摩故障的转子系统中存在占比较大的分频和倍频成分，亚谐和超谐共振现象严重。通过实验研究发现了与数值仿真结果相似的现象，验证了本文结论的正确性。自行设计的双转子系统碰摩装置能为航空发动机含故障转子动力学实验领域的研究工作提供便利。通过理论分析和实验研究发现的机动飞行时耦合双转子系统振动特性和规律，能为相关方

4、面的研究工作者提供参考，弥补了真机实验中耗费时间长、资源浪费大的不足。本文所得结果在航空发动机转子系统设计及故障诊断领域具有一定参考价值。关键词：机动飞行；双转子-滚动轴承系统；中介轴承；碰摩故障；转静间隙；非线性响应；实验研究IAbstractManeuverabilityisanimportantcriteriontomeasuretheperformanceoftheaircraft,maneuveringflightcanhaveagreaterimpactonthestableoperationoftheaeroengi

5、nerotorsystem,itsdynamicresponsecharacteristicshavemanydifferencescomparedtothesystemfixedontheground.Inthispaper,acoupleddual-rotoraeroengineisselectedastheresearchobject.Thedynamicsofthedual-rotorsystemarestudiedbyusingnumericalsimulationandexperimentalmethodsunderf

6、ixedbaseandmaneuveringflightconditions.Themainworkandconclusionsareasfollows:1.Thecurrentresearchofrotordynamicswithnofaultandrub-impactunderfixedbaseandmaneuveringflightisreviewed,therelatedtheoreticalknowledgeandtestingtechnologyareintroduced.2.Adynamicmodelofadual-

7、rotor-ballbearingcouplingsystemundermaneuveringflightisestablishedbyusingLagrange’sequation,thecouplingeffectoftheintershaftbearingandtheinfluenceofgyroscopicmomentsareconsideredinthismodel,whileRunge-Kuttanumericalmethodisappliedtosolvetheequationunderleapingandrolli

8、ngflight.Theresultshowstheformofrotor’smovementturnsintoquasi-periodandchaosresponsewhensufferingmaneuveringflight.Thevibrat