航空发动机典型管路结构件振动特性分析

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航空发动机外部管路是发动机的重要组成部分,其功能为发动机输送燃油、滑油和液压油等介质,保证发动机正常运行。航空发动机管路结构复杂、类型多样和布局复杂,且经常处在振动和高温这样恶劣的工作环境下。航空发动机工作时由于转子不平衡可能诱发其部件振动,这种振动通过连接结构逐渐传递到管路上。在某些特定的频率下,管路可能产生疲劳破坏,进而引发管路故障。管路振动破坏对航空发动机和飞机工作的安全性和可靠性有极大影响。因此,开展航空发动机管路系统振动特性的研究在航空发动机管路结构设计、制造和故障诊断等方面有较好的参考价值。本文以航空发动机典型管路为研究对象,采用了实验和计算两种模态分析方法,研究了卡箍和温度对典型管路振动特性的影响。首先,搭建了直管和燃油总管模态试验台,通过使用非接触式激光测振仪,开展了管路模态试验,得到其固有频率和振型。然后,建立了基于ANSYS航空发动机典型管路的计算模型,分析了卡箍数量对其模态频率和振型两参数的影响。最后,采用了基于ANSYS的热模态分析法,研究了温度对五种典型管路结构振动特性的影响。结果表明:直管计算频率略高于试验模态值,两者差异在低阶时尤为明显,但振型较为一致,前三阶振型以弯曲振动为主。在典型燃油总管模态分析方面,总管系统模态试验和计算模态所得的固有频率较为接近,两者误差主要来源于管路模型、试验安装边界、外部环境影响和仪器设备条件等方面。两种方法均可观察到管路系统主要振动区域和燃油总管系统的主管-分管耦合振动形式。卡箍数量增加,典型燃油总管低阶固有频率提高较大,频率“阶梯状”分布特征明显,主要振型有主管-分管耦合振动和单分管、多分管振动形式。温度升高,管路出现热应力和热变形,两端固定时管路各阶固有频率下降,但管路振型变化不明显。
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