收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

航空发动机机匣模型的若干动力学特性研究

温登哲  
【摘要】:机匣是连接航空发动机转子系统和定子系统的桥梁和纽带,发动机的推力通过机匣传递到飞机上,因此,机匣既是发动机的重要承力部件,又是整个发动机的基座,在整个航空发动机的研究设计中占有举足轻重的地位。现代先进航空发动机在低质量、高推重比的要求下,机匣系统逐渐发展为薄壁圆柱壳结构,而机匣的薄壁结构在发动机复杂载荷作用下,振动问题异常突出。值得关注的是,目前对机匣振动特性的研究多集中在完整机匣及单一材料机匣等方面,对故障(裂纹)机匣和复合材料机匣的研究较少,而从理论方面对裂纹机匣和复合材料机匣的动力学行为进行的研究就更少了。因此,广泛深入的开展裂纹机匣和复合材料机匣的动力学特性研究(尤其是理论研究),具有重要的理论价值和现实意义。本文通过解析分析与数值计算相结合的手段,对机匣系统进行了理论建模和动力学分析,研究了机匣振动问题的高发处-风扇机匣在复杂气流激励载荷作用下振动的分岔特性;以层压复合材料机匣和正交各向异性材料机匣为例,分别研究了典型复合材料机匣的运动稳定性和弹性屈曲问题;以含环向表面裂纹的机匣为例,对典型故障机匣-裂纹机匣的振型特征进行了详细的分析。具体研究内容及取得的主要成果如下:根据航空发动机机匣的实际安装方式及薄壁结构的几何特征,建立了机匣振动问题的高发部位风扇机匣的薄壁圆柱壳模型,并应用奇异性分析的方法,从非线性动力学角度对其振动特性和分岔特性进行了研究。结果表明:系统固有频率受结构几何参数径长比(R/L)和厚径比(h/R)的影响显著;奇异性分析表明在特定的开折参数下,系统振动出现了分岔、滞后等不同的现象;最后根据激励频率和风扇转速的倍数关系,给出了共振频率的滞后区间对应的风扇转速范围,并研究了系统振动频率发生在滞后区间时对机匣可裂可能性的影响。以双模态位移解为例,探讨了单模态位移解和多模态位移解的适用范围,分析了单、双模态位移之间的转换规律,并应用双模态位移解分析了机匣在径向简谐激励作用下的稳定性。研究表明:在激励载荷较小的情况下,相对于多模态位移,应用单模态位移求解系统的动力学问题既能满足精度要求又可以简化计算,随着激励载荷的增大,当系统出现双模态位移或多模态位移时,应用双模态或多模态位移求解问题精度较高且更合理;数值模拟结果表明:随着激励载荷的变化,第一阶模态位移解中出现了稳定的周期运动和复杂的混沌运动。基于Donnell’s非线性薄壳理论,建立了层压复合材料机匣的动力学模型,并采用双模态位移解对其振动特性进行了分析。结果表明:较单一材料机匣,机匣内外层材料厚度的不同,对单、双态模态位移解对应的激励载荷区间有显著影响;不同的内外层材料厚度下,单、双模态位移在转换过程中有不同的规律,在某些特定的材料厚度下,单、双模态位移在转换过程中会出现分岔、突跳等不同的现象。径向内压作用下正交各向异性材料机匣的弹性稳定性分析表明:在强度允许的范围内,径向内压的存在、机匣厚度的增加、轴向弹性模量和周向弹性模量的增大均能够提高机匣抵抗轴向失稳的能力;径向内压的存在,改变了机匣材料的“刚度”,提高了机匣的“共振频率”;另外,由于各阶振型的相互耦合,出现了系统的固有频率点和共振曲线的峰值存在微小偏差的现象。根据机匣裂纹的实际形式,建立了含环向表面裂纹机匣的动力学模型,提出了以裂纹截面为分界面,分段设解再联合求解的思路,在裂纹区域引入位移协调法,详细的研究了裂纹位置、裂纹深度、轴向振型阶数对裂纹机匣的振型特征的影响。结果表明:轴向弯矩对系统局部柔度的影响最大,是引起裂纹机匣振动加剧的主要因素;总的来说,裂纹出现在振型峰值处附近时对系统振型的影响最大,但并不是绝对峰值点;而在机匣的固支端附近,裂纹的出现,反而减弱了系统的振动。裂纹深度的增大,总体来说会加剧系统的振动。由于轴向振型的变化在某种意义上改变了裂纹区域对应的的振型位置,因此,不同的轴向振型阶数对机匣轴向弯曲振型有不同的影响。本文的研究结果为航空发动机机匣结构的设计及参数优化提供了理论基础,对机匣动力学行为的研究具有一定的实际指导意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨蔚源;40铬钢制机匣断裂分析[J];金属材料与热加工工艺;1982年04期
2 尚伟钧,李明达;复杂受载承力机匣的强度及疲劳寿命[J];航空动力学报;1988年04期
3 王桂华,李琳;航空发动机风扇机匣行波振动的分析方法[J];航空动力学报;2000年02期
4 齐红宇 ,孙联文 ,温卫东 ,王林江;复杂载荷下复合材料机匣结构稳定性的数值分析[J];航空制造技术;2003年07期
5 齐红宇,温卫东,孙联文,王林江;轴向压力和端部转矩载荷联合作用下机匣结构稳定性的数值分析[J];机械设计;2003年11期
6 于亚彬,陈伟;模型机匣/叶片的包容性数值分析[J];航空动力学报;2005年03期
7 范志强;高德平;覃志贤;姜涛;李卫东;;机匣包容性破坏势能法的试验验证[J];燃气涡轮试验与研究;2006年02期
8 范志强;高德平;姜涛;覃志贤;王维;;模型机匣的包容性试验和数值模拟[J];南京航空航天大学学报;2006年05期
9 陈礼顺;王彦岭;黄成生;;某型发动机双速机匣固定螺桩脱落分析[J];失效分析与预防;2006年04期
10 崔海坡;温卫东;;复合材料机匣冲击后的力学性能分析[J];航空动力学报;2008年01期
11 黄寿伟;宋迎东;;某型发动机附件传动机匣应力分析[J];航空发动机;2008年04期
12 姜涛;覃志贤;范志强;;航天发动机机匣包容性试验的数值模拟[J];燃气涡轮试验与研究;2008年04期
13 刘历玮;樊琳;刘火星;宁方飞;;一种槽道式处理机匣设计及实验验证[J];航空动力学报;2008年09期
14 闫海;张以都;王宝昆;仲岑弘;;关于机匣类部件铸造毛坯变形的数值分析[J];军民两用技术与产品;2009年04期
15 史妍妍;孙志礼;李国权;吴敏;;附件机匣稳态热分析方法研究[J];机械设计;2009年06期
16 于连超;陈伟;关玉璞;黄志勇;;多层机匣的包容性数值仿真研究[J];航空发动机;2009年04期
17 蔡显新;肖新红;王涛;吴志清;;风扇机匣的减振优化设计[J];航空动力学报;2010年02期
18 宣海军;陆晓;洪伟荣;廖连芳;;航空发动机机匣包容性研究综述[J];航空动力学报;2010年08期
19 吴元东;漆文凯;;某发动机模拟机匣的模态分析与模型验证[J];机械科学与技术;2010年11期
20 何庆;宣海军;刘璐璐;;某型发动机一级风扇机匣包容性数值仿真[J];航空动力学报;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陆晓;宣海军;丁志伟;;纤维增强复合材料风扇包容机匣研究进展[A];2009年度全国复合材料力学研讨会论文集[C];2009年
2 姚宏军;宋秀峰;董顺昌;;镁合金航空机匣组合悬挂加工技术研究[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
3 张丽;朱惠人;;涡轮机匣隔热环腔内流动换热数值计算[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
4 刘璐璐;宣海军;何庆;邢军;王晋;;复合材料机匣受叶片撞击损伤过程研究[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
5 刘璐璐;宣海军;张娜;;航空发动机复合材料机匣叶片包容性研究[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2012年
6 俸跃伟;王丽花;李冬梅;袁仲欣;;辅助支承夹具在薄壁机匣加工中的应用[A];第十五届中国科协年会第13分会场:航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年
7 佘德勇;;某新型发动机附件机匣制造工艺研究[A];第十五届中国科协年会第13分会场:航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年
8 王树兰;刘金南;;某航空发动机风扇机匣振动故障诊断[A];2010航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
9 杨艳梅;;铝、镁合金附件机匣工艺过程的设计与分析[A];第二届民用飞机制造技术及装备高层论坛资料汇编(论文集)[C];2010年
10 李莹;马蕾;刘宁;王健;;燃机涡轮机匣改进结构后可靠性分析[A];第十五届中国科协年会第13分会场:航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 温登哲;航空发动机机匣模型的若干动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 范志强;航空发动机机匣包容性理论和试验研究[D];南京航空航天大学;2006年
3 齐红宇;复合材料及发动机机匣的屈曲与疲劳研究[D];南京航空航天大学;2002年
4 何庆;航空发动机机匣包容性机理及数值仿真方法研究[D];浙江大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨双林;双层金属机匣模拟包容性试验及数值分析[D];南京航空航天大学;2010年
2 张吴蔚;双层机匣包容性研究[D];南京理工大学;2015年
3 郭玉杰;蜂窝机匣对涡轮级性能影响的数值研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 牛丹丹;Kevlar织物缠绕增强机匣包容性研究[D];浙江大学;2015年
5 黄寿伟;某型涡喷发动机附件传动机匣的强度分析及结构改进[D];南京航空航天大学;2008年
6 李海波;航空发动机机匣的包容性数值分析与实验研究[D];南京理工大学;2010年
7 张晓峰;航空发动机机匣包容性的试验研究与仿真计算[D];浙江大学;2005年
8 白彦;机匣连接结构振动特性有限元模型验证技术研究[D];沈阳航空航天大学;2013年
9 刘光熠;多轴载荷下发动机中介机匣强度与寿命研究[D];南京航空航天大学;2005年
10 张林;航空发动机机匣包容性准则数值与实验初探[D];南京理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 王国松 张凌;一航黎明缩短“太行”发动机前机匣交付周期[N];中国航空报;2006年
2 陈小静;东安直8主减机匣加工创造新纪录[N];中国航空报;2010年
3 陈小静;东安直8主减机匣毛坯 铸造创纪录[N];中国航空报;2010年
4 郎小兵 周广银;整体精铸钛合金中介机匣研制成功[N];中国航空报;2004年
5 郑重;冬天戴手套也能射击[N];中国国防报;2002年
6 桂杭;辉煌闪耀平凡中[N];中国航空报;2005年
7 晓丽;GEnx在取证试验中表现出色[N];中国航空报;2009年
8 邓龙学 汪如林;左右手都能操作的枪[N];中国国防报;2002年
9 何榉;M96紧凑型:便于快出手[N];中国国防报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978