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某型航空发动机转子系统典型振动故障机理建模及响应特性研究

刘建雄  
【摘要】:航空发动机是飞机的动力装置,随着现代航空技术的飞速发展,航空发动机结构也变得越来越复杂。鉴于很多故障类型都在发动机转子振动特征上有明显的反应,同时振动数据也是航空发动机所能获得的重要数据,因此本文主要研究发动机转子在发生典型振动故障时的振动响应,提取故障特征,对故障类型和故障部位进行区分和定位。本文主要针对某型航空发动机转子系统的具体结构,采用集中质量法,基于运动力学和转子动力学,分别建立了从单个受力模型、单盘单转子系统模型、双盘单转子系统模型,最后到无中介轴承的双转子与机匣耦合振动的模型。再分别建立系统运动微分方程组,基于Matlab采用四阶Runge-Kutta对其进行求解,绘制并分析其对应的响应图形(轴心轨迹图、时域波形图、频谱图、Poincaré、分叉图以及频谱瀑布图)。通过对转子不平衡模型的研究,发现了不平衡故障发生时转子振动的特征响应;通过对转子轴承不对中模型的研究,发现了轴承不对中故障发生时转子振动的特征响应;通过对单盘单转子模型的研究,发现了单盘单转子发生碰磨故障时转子振动的特征响应;通过对双盘单转子模型的研究,发现了不同部位发生碰磨故障时转子振动特征响应;通过对双转子系统与机匣振动耦合模型的研究,探索了通过转子和机匣振动的特征响应来区分系统故障类型和对故障进行定位的方法。为将来进一步的研究航空发动机状态监测、故障诊断和故障定位系统提供理论支持。


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