【摘 要】
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航空发动机运行稳定性及可靠性直接影响着飞机的安全性能,目前由于航空发动机转子系统振动故障引发的飞机飞行事故约占飞行总事故的70%。滚动轴承作为航空发动机转子系统主要支承结构,其运行过程中产生的非线性对转子系统振动特性具有不可忽视影响。为了提高航空发动机转子系统安全性能及运行稳定性,本论文对滚动轴承-转子系统振动特性进行了深入研究。纵观目前对轴承-转子系统的研究,研究内容及理论模型均比较丰富,但大多
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(编号:11572082);
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航空发动机运行稳定性及可靠性直接影响着飞机的安全性能,目前由于航空发动机转子系统振动故障引发的飞机飞行事故约占飞行总事故的70%。滚动轴承作为航空发动机转子系统主要支承结构,其运行过程中产生的非线性对转子系统振动特性具有不可忽视影响。为了提高航空发动机转子系统安全性能及运行稳定性,本论文对滚动轴承-转子系统振动特性进行了深入研究。纵观目前对轴承-转子系统的研究,研究内容及理论模型均比较丰富,但大多基于数值方法,只能得到转子系统模型的稳定解,不能对其运动状态演变规律进行深入分析。本文基于近似解析方法,通过对转子系统在各转速下周期解稳定性进行判定,从而研究其分岔特性及失稳演变规律。本文主要研究内容包括:(1)针对滚动轴承非线性特性进行研究分析,主要考虑其变柔度振动、赫兹接触以及轴承间隙三个非线性因素,通过滚动轴承运动学模型及赫兹理论得到其在运行过程中产生的非线性轴承力,并将轴承力代入到转子系统中进行整体振动特性分析。本文将滚动轴承内圈与转轴、转盘进行一体化建模,建立滚动轴承-转子系统两自由度模型,利用Runge-Kutta变步长数值方法对模型动力学微分方程进行求解,通过其分岔图对滚动轴承-转子系统全局振动特性进行初步分析。(2)由于不同系统参数对转子系统振动特性具有很大影响,本文在转子系统响应对系统参数灵敏度方面进行了相关研究,通过对滚动轴承-转子系统振动响应随各个变量变化的灵敏度公式进行推导并计算,得到对转子系统振动特性影响较大的三个参数为轴承径向间隙、转盘偏心距、转子质量的结论。(3)利用近似解析方法 HB-AFT(Harmonic balance-alternating frequency/time domain)对两自由度滚动轴承-刚性转子系统动力学模型及考虑转轴柔性及转盘陀螺力矩的滚动轴承-转子系统有限元模型进行求解,通过与相关文献仿真结果进行对比,验证了本文计算思路及结果的正确性。(4)针对转子系统周期解追踪过程中存在奇异点问题,利用弧长延拓方法通过引入新的弧长参数进行解决,并结合Floquet稳定性理论,判定每个转速下的滚动轴承-转子系统周期解的稳定性,最终得到可反映转子系统振动稳定性的频响曲线图,从而实现对转子系统全局分岔特性进行分析,探究其运动失稳演变规律。
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