[發(fā)明專利]一種風扇轉子試驗模型的動力學特性相似設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811384430.2
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109583063B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉佳榮;羅忠;楊陽;侯小捷;葛曉彪;周逸夫
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

一種風扇轉子實驗模型動力學特性相似設計方法，首先建立低壓轉子實驗器的有限元模型，計算其模態(tài)特性。然后建立風扇轉子實驗模型，確定實驗模型中風扇轉子左右支點支承剛度、低壓渦輪轉子簡化段轉軸內外徑及轉軸上輪盤質量、直徑轉動慣量對此模型模態(tài)特性的影響規(guī)律。最后根據(jù)上述所得規(guī)律，調節(jié)各參數(shù)使風扇轉子實驗模型中風扇轉子的動力學特性與低壓轉子系統(tǒng)中風扇轉子的動力學特性一致。本發(fā)明在設計風扇轉子實驗器時，考慮了低壓渦輪轉子對風扇轉子的耦合作用，將低壓渦輪轉子進行簡化，通過上述相似設計獲得了風扇轉子實驗模型設計過程中調整模態(tài)方法的一般性結論。便于對航空發(fā)動機風扇轉子系統(tǒng)真實特性的研究。

技術領域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機轉子系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種風扇轉子試驗模型動力學特性相似設計方法。

背景技術

低壓轉子系統(tǒng)是渦扇發(fā)動機的關鍵部分，由風扇轉子和低壓渦輪轉子兩部分組成。目前關于風扇轉子進行的相關動力學特性分析都是為了反映真實發(fā)動機中轉子系統(tǒng)的相關動力學特性。然而當前對風扇轉子系統(tǒng)進行相應計算研究或者試驗研究時，都是將風扇轉子直接從低壓轉子系統(tǒng)中抽離出來。沒有考慮風扇轉子與低壓渦輪轉子間的連接對風扇轉子的影響。實際上，由于連接的存在，低壓渦輪轉子與風扇轉子之間存在耦合作用。將低壓轉子系統(tǒng)中的風扇段截取出來，在結構形式及支承位置不變，且不考慮低壓渦輪轉子與其的耦合關系時，僅通過調節(jié)風扇轉子支承剛度的大小，難以使單獨風扇轉子系統(tǒng)的動力學特性與處于低壓轉子系統(tǒng)中的風扇轉子的動力學特性一致。

以往關于風扇轉子系統(tǒng)的相關計算并不能說明如何反應真實狀況下風扇轉子的相關特性。因此對于單獨風扇轉子系統(tǒng)而言，使其反應的動力學特性與處于低壓轉子系統(tǒng)中風扇轉子的動力學特性一致有待研究。由于真實發(fā)動機轉子本身十分復雜，不便于分析，因此本發(fā)明利用轉子試驗器進行分析。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種風扇轉子試驗模型動力學特性相似設計方法，首先建立低壓轉子試驗器有限元模型，計算其模態(tài)特性。然后建立風扇轉子試驗模型，確定相應參數(shù)對此模型模態(tài)特性的影響規(guī)律。最后根據(jù)上述所得規(guī)律，調節(jié)各參數(shù)使此試驗模型中風扇轉子的動力學特性與低壓轉子系統(tǒng)中風扇轉子的動力學特性一致。

本發(fā)明的具體技術方案為：

一種風扇轉子試驗模型動力學特性相似設計方法，包括如下步驟：

第一步：建立低壓轉子試驗器有限元模型并計算其模態(tài)特性，采用有限元法對含套齒聯(lián)軸器的低壓轉子系統(tǒng)建模時，將套齒聯(lián)軸器視為兩個重合的結點，結點處的橫向和轉角剛度分別為套齒聯(lián)軸器的橫向和轉角剛度；設風扇轉子的第i節(jié)點與低壓渦輪轉子的第j節(jié)點用套齒聯(lián)軸器聯(lián)結，聯(lián)軸器的徑向剛度為K_r，角向剛度為K_t，設風扇轉子第i節(jié)點的位移為：x_i、y_i、θ_ix、θ_iy，低壓渦輪轉子第j個節(jié)點的位移為x_j、y_j、θ_jx、θ_jy。則作用在風扇轉子節(jié)點i上的力和力矩F_ix、F_iy、M_ix、M_iy為：

作用在低壓渦輪轉子節(jié)點j上的力和力矩與作用在風扇轉子節(jié)點i上的力和力矩大小相等方向相反。

此低壓轉子系統(tǒng)的耦合剛度矩陣K_c為：

此低壓轉子系統(tǒng)的無阻尼自由振動微分方程為：