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转子系统积油故障的仿真研究

陈希红  
【摘要】:转子系统腔体内常贮有或泄漏入液体,构成了积液转子系统。如航空发动机转子的鼓筒段及轴的内腔,由于设计不当或工作失常,积液故障时有发生。只要有少量的内腔积液,就会显著地影响转子系统的振动特性。 在本文中,首先利用有限元法对转子系统的动力学特性进行了分析,建立了转子系统的刚柔混合虚拟样机模型,并通过实验验证来修正模型。在此基础上,建立具有积油的虚拟样机模型,进行了动力学仿真,定性地分析了积油对转子系统稳定性的影响和积油的运动情况,并进行了实验验证。取得如下成果: (1)对某航空发动机的简化转子系统进行了建模,并用ANSYS和MATLAB语言编制程序,求解简化转子系统的前四阶固有频率和振型,为下文建立的转子系统虚拟样机模型分析做准备。 (2)利用SOLIDWORKS建立简化转子系统的三维实体模型,导入到多体动力学软件MSC.ADAMS中,并将转轴转换为柔性体,建立简化转子系统的虚拟样机模型,进行动力学仿真。通过实验验证,对虚拟样机模型进行了有效的修正,使转子系统虚拟样机模型具有良好的仿真精度。 (3)在转子系统的积油盘中,充入少量的油,形成了具有积油的转子系统。通过实验观察具有积油的转子系统在低转速和一阶临界转速附近时,积油在积油盘腔体内的分布情况。 (4)根据实验观察到的积油的分布情况,对转子系统的积油进行简化,在保证流体的质量和密度不变的情况下,设流体的流型不变。建立具有积油的转子系统虚拟样机模型。进行了积油故障转子系统的动力学仿真,得到仿真结果。和试验台结果对比,定性地分析了转子腔体积油对转子系统的影响和积油的运动情况,并加以实验验证。 本文以某航空发动机的简化转子系统模型为研究对象,对转子系统的积油故障进行了仿真研究,分析了积油对转子系统稳定性的影响和积油的运动情况。通过实验验证证明了采用多体动力学MSC.ADAMS软件对转子系统积油故障进行仿真分析的可行性,为航空发动机的转子系统积油现象分析提供了理论参考,有着积极的现实意义和经济价值。


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