某型航空压气机振动特性分析.pdf

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1、第５期（总第１９８期）机械工程与自动化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０５-００６４-０３某型航空压气机振动特性分析１１，２２黄杰，蒋玲莉，徐曼（１．湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室，湖南湘潭４１１２０１；２．苏州东陵振动试验仪器有限公司，江苏苏州２１５１６３）摘要：压气机是涡喷发动机的重要工作部件之一，简单介绍了航空涡喷发动机压气机的结构特点和其主要功能；运用ＣＡＴＩＡ三维建模软件建立了某型航空发动

2、机压气机的三维实体模型，运用软件ＡＮＳＹＳＷｏｒｋ-ｂｅｎｃｈ对建立的模型进行模态分析，得到其前８阶固有频率和振型，根据计算结果分析了压气机的振动特性，为该型号压气机的结构优化和动力修改提供了参考依据。关键词：航空发动机；压气机；模态分析；固有频率中图分类号：ＴＰ３９１.７∶Ｖ２３５.１１文献标识码：Ａ0引言复杂，主要由压气机转子部分、工作叶片和压气机静子涡喷发动机是以空气为工作介质的动力装置，其３大部分组成。本文研究的压气机是盘鼓式转子结工作原理是：压气机把空气从进气口吸入，压缩到燃烧构，该结构形式的压气机具有结

3、构简单、工作可靠、加室中；喷油嘴向燃烧室喷出雾化的油料；点火装置将高工方便等特点。工作叶片是压气机的重要零部件之压空气和油雾混合气点燃；混合气燃烧膨胀，推动涡轮一，它会直接影响压气机的气动性能、工作可靠性、重旋转，旋转的涡轮带动压气机；混合气燃烧膨胀，经过量及成本等。因压气机结构复杂，在ＡＮＳＹＳＷｏｒｋ-［１-２］涡轮后，从喷气口喷出作功。从其工作原理可以ｂｅｎｃｈ中直接建立压气机的模型很困难并且精度不知道，压气机是涡喷发动机的关键部件之一，其主要作高，而ＣＡＴＩＡ建模精度高。运用ＣＡＴＩＡ建模时，应用是提高作为

4、发动机工作介质的空气的压力。航空发尽可能地使模型的尺寸接近压气机的实际尺寸，只对动机的压气机是在高负荷、高转速的情况下工作的，工一些不影响压气机模态的地方进行简化处理（如对倒作条件极其恶劣，振动问题突出。从发动机的故障统角和安装叶片的榫槽等进行简化处理），使建立的三维计中我们可以发现，发动机的压气机轮盘和叶片由于模型更为接近航空压气机，仿真结果更为真实可靠。振动疲劳而断裂的故障情况是相当多的，因此，为了避建立的某型涡喷发动机压力机实体模型如图１所示。免压气机振动疲劳断裂故障的出现，有必要在压气机１．２建立航空压气机

5、有限元模型的设计和研制过程中应用有限元分析软件进行振动固通过ＣＡＴＩＡ建立某型航空发动机压气机模型，有特性分析，获得压气机的固有频率、振型及振动应力保存为ｓｔｐ格式，并将该模型导入到ＡＮＳＹＳＷｏｒｋ-［３-４］分布，以便根据有限元分析结果对设计结构进行ｂｅｎｃｈ中，对其进行有限元分析。分析步骤如下：优化。（１）定义材料属性。该压气机的压气机盘的材料３本文运用三维建模软件ＣＡＴＩＡ对航空压气机进为高性能优质钢，密度为７８００ｋｇ／ｍ，泊松比为０．３，行三维实体建模，并将其导入到ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ弹性模量为

6、２００ＧＰａ；压气机叶片的材料为钛合金，密度３中对该模型进行模态分析得到其固有频率和振型，其为７８３０ｋｇ／ｍ，泊松比为０．２６，弹性模量为２０５．８ＧＰａ。结果可以为压气机的结构优化和动力修改提供参考依（２）网格划分。为了在计算精度满足要求的同时据，对提高压气机的性能具有十分重要的意义。计算效率也相对较高，本文的网格单元大小设定为1模型的建立１０ｍｍ，划分后的有限元模型如图２所示，其中节点数１．１建立航空压气机的三维实体模型为１５６９０９，单元数为８２２１５。［５］航空压气机是由盘鼓结构组成的，其结构非常（３）施

7、加边界条件。模态分析中的边界条件不包湖南省教育厅优秀青年项目（１４Ｂ０５７）；湖南省科技计划项目（２０１５ＪＣ３１０８）收稿日期：２０１６-０２-２４；修订日期：２０１６-０７-２３作者简介：黄杰（１９９０-），男，江西九江人，在读硕士研究生，研究方向：动力学与故障智能诊断。２０１６年第５期黄杰，等：某型航空压气机振动特性分析・６５・括载荷和力，因此模态分析时，只需对其作位移边界条其中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；X件约束即可。对于本文分析研究的航空压气机，对其为位移矩阵；F为作用力向量；t为时间。压

8、气机中心内环面施加圆柱面约束。对于一个无阻尼自由振动系统来说，阻尼项C和外力项F均等于零，于是系统的运动微分方程就可以简化成：・・MX＋KX＝０．（２）如果假设该系统为简谐运动，其模态分析的方程转化为特征方程，即：２（K-iM）X＝０．ω（３）其中：i为特征值。当ωX为非零解时，该特征方程就变为一个广义特征值的问题，由此便可以求出特征方图１某型涡喷发动机压气