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新式支承布局反向旋转双转子系统动力特性研究

凤朝军  
【摘要】:本文以四支承双转子系统的动力特性为主要研究对象。探讨四支承双转子系统在未来发动机结构中应遵循的动力学设计准则,对四支承布局的可行性进行了初步得探究。论文研究内容对四支承方案的双转子发动机动力学设计具有理论指导意义和工程参考价值。本文主要研究内容及结论如下:1)论文以先进的F135发动机的支承方案为参考,在有限元分析软件ANSYS中,建立了四支承双转子结构的有限元分析模型,研究了四支承双转子系统的动力特性,并和四个五支承双转子结构的动力特性进行了对比;研究结果表明:四支承双转子结构的高低压轴分布的应变能大于五支承,应变能分布相对不合理;因此,四支承方案需要进行必要优化设计;五支承方案中,低压转子采用1-1-1支承方案,动力特性最优;从应变能分布的角度看,四支承方案有一定的可行性;2)针对四支承双转子结构,研究分析了支承刚度、转速比等因素对临界转速的影响,研究表明:支承刚度增大,临界转速逐渐增大;支承刚度在某个区间内对临界转速影响明显;支承刚度较大时,低刚度下的双转子结构的某些振型会消失;3)基于动力相似准则设计并加工了和真实的双转子结构动力特性相似的双转子试验器,建立相应双转子试验器有限元计算分析模型,对双转子试验器多种支承方案下结构的动力特性进行了计算、对比和分析,结果表明:低压转子支承方案采用0-1-1方案和采用1-1-1方案时动力特性相似,结构刚性均好于1-0-1支承方案;因此,以试验器为参照,低压转子采用0-1-1支承方案为最佳方案,双转子四支承方案有一定的可行性;4)从转子运行安全角度,分别从转子系统应变能分布、最大峰值响应和临界转速裕度几方面,对四支承双转子结构的动力特性进行了多目标优化和单目标优化,结果表明:真实四支承双转子结构优化后目标函数从0.401降到了0.379,降低了5.5%;试验器双转子结构优化后目标函数从0.47降低到0.44,降低了6.4%。优化结果对发动机的双转子动力学设计有一定的指导意义;5)分别对真实双转子系统和试验器双转子系统的不平衡响应进行了计算;结果表明刚性较弱的低压转子对不平衡量的敏感性较大,其中对风扇盘的不平衡量的敏感性最大,表明四支承方案由于风扇盘对不平衡量的敏感性,易导致发动机性能衰退。本文通过反向旋转四支承双转子系统的动力特性的研究,对四支承双转子系统方案的优化以及各种因素敏感性分析,研究结果对四支承方案的双转子发动机动力学设计具有工程参考意义。


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