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螺栓预紧力对航空发动机非连续转子动力学特性影响研究

范志强  
【摘要】:航空发动机在军民领域占有重要地位,安全性与可靠性是其设计和制造必须考虑的指标之一。整机的振动水平也将直接影响到发动机的安全性及寿命,发动机转子作为航空发动机的核心部件,其动力学特性一直是研究人员关注的问题。由于重量轻、结构简单、安装拆卸灵活等优点,螺栓连接的非连续转子被广泛运用到航空发动机上。非连续转子的螺栓预紧力在安装、运行中难免会偏离设计工况,从而有可能引发振动过大,安全性降低等问题。因此研究螺栓预紧力对航空发动机非连续转子动力学特性影响很有意义。基于非连续转子接触理论、薄壁单元建模理论以及有限元软件,以某实际航空发动机非连续转子为依据建立了螺栓连接的非连续转子模型并建立了螺栓连接的非连续机匣模型。基于接触理论计算出非连续转子接触面的等效抗弯刚度后,利用同刚度的弹簧单元代替非连续转子接触单元,计算分析了连续转子及非连续转子在不同螺栓预紧力工况下的前四阶模态振型及前四阶正反进动临界转速,并计算分析了连续转子、非连续转子在工作转速下轴承结点的不平衡响应。对比分析不同螺栓预紧力工况的动力学响应,并与连续转子的动力学响应做对比,得出了螺栓预紧力对非连续转子的影响规律。基于有限元软件,采用三维实体单元建模,计算分析了非连续转子在周向螺栓预紧力均匀和不均匀工况下的静力学变形及动力学响应;得出了螺栓预紧力大小及螺栓预紧力周向分布对非连续转子的影响。考虑发动机的内压,计算分析了薄壁机匣由于发动机内压引起的变形,综合发动机非连续转子的变形,分析了发动机内压引发非连续机匣和非连续转子发生动静碰磨的可能性。


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