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航空发动机热变形转子振动特性研究

王祥和  
【摘要】:作为飞机动力源,航空发动机需要非常大的功率、非常高的效率以及推重比,来提升飞机的运载性能。大功率、高效率以及大推重比决定了航空发动机转子和机匣之间的间隙小、配合精度高,因此航空发动机转子的微小变形,可能导致转子和机匣之间产生碰摩,严重影响航空发动机的正常运转。本文研究的主要内容为机匣内热环境对航空发动机转子变形的影响,其中变形主要包括航空发动机停机时产生的热弯曲变形以及航空发动机在周期性启停之间产生的热蠕动变形,以及这两种变形对航空发动机转子动态特性的影响。首先研究了热弯曲现象的机理。以某型号航空发动机试验转子为研究对象,建立了航空发动机转子和机匣的有限元模型,通过计算流体力学方法获得了航空发动机停机后机匣内部的空气以及转子的温度随时间的变化规律,分析了在不同温度下的航空发动机转子的弯曲量,并设计相应的热弯曲转子实验台,验证理论计算的正确性,然后对各影响因素(环境温度、冷吹温度)进行了的研究。最后建立了CFM56型号航空发动机转子和机匣的有限元模型,计算了该型号航空发动机的转子热弯曲现象。其次研究了热蠕动的机理,首先建立了典型螺栓连接结构的有限元模型,利用有限元方法,对热蠕动现象的机理进行了研究,然后对各影响因素(螺栓预紧力、不均匀温度分布)进行了研究。其次建立了CFM56型号航空发动机涡轮部件简化后的有限元模型,通过计算流体力学方法,得到了涡轮部件在启停一个周期内的温度环境,计算了涡轮部件的热蠕动滑移量的变化规律。最后利用有限单元法建立CFM56型号航空发动机高压转子动力学分析模型,并把热弯曲以及热蠕动变形量转换为转子的不平衡量,对该航空发动机转子进行动态特性分析,得到了热变形对转子临界转速和不平衡响应的影响规律。


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