[發明專利]雙轉子系統高壓轉子及低壓轉子連接節點的檢查方法

有效

• 申請號: 202011335291.1
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112487575B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 陳茉莉;羅貴火;陳麗佳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種雙轉子系統高壓轉子及低壓轉子連接節點的檢查方法。主要步驟是構建有軸段部件、節點信息的軸段矩陣；檢查所有軸段的連接關系，分解出高壓和低壓轉子幾何模型組件；利用低壓轉子長度大于高壓轉子長度特點，區分高壓轉子及低壓轉子軸組件；結合高壓轉子及低壓轉子軸組件區分結果，利用中介軸承單元兩個連接節點分別處于高壓和低壓軸組件特點，實現了連接節點的幾何檢查。本發明對不含靜子部件、轉子軸向方向平行于任一笛卡爾坐標系方向、中介軸承連接的雙轉子模型，在高壓轉子及低壓轉子連接節點被設定后，通過幾何檢查，可自動分解高壓轉子及低壓轉子軸組件，判斷中介軸承連接節點的合理性。

技術領域

本發明涉及轉子動力學特性有限元建模領域，具體涉及以中介軸承為連接部件的高低壓雙轉子系統的連接節點建模及幾何檢查方法。

背景技術

中介軸承是一種廣泛使用的雙轉子航空發動機連接部件，大多數渦扇、渦噴發動機都采用中介軸承連接高壓轉子及低壓轉子，以達到縮短支點距離、降低發動機重量目的。

在有限元建模中，中介軸承是獨立的連接單元模型，每個中介軸承連接單元由高壓轉子及低壓轉子的連接節點成對聯接而成。一個雙轉子系統模型可以有多個中介軸承單元，一個中介軸承可以有多個連接節點對，但有限元模型不會對中介軸承的個數進行區分，它們在模型中都表現為連接節點對。

中介軸承單元模型可以是彈簧單元模型、彈簧-阻尼單元模型以及接觸單元模型等。無論哪種單元模型，附屬于中介軸承單元的高壓轉子及低壓轉子的連接節點都必須手動設置。這導致連接節點經常因人為疏忽而產生錯誤。

在手動設置中介軸承單元節點時，中介軸承單元節點分別屬于高壓轉子和低壓轉子軸段部件，單個或多個聯接的軸段部件，可形成高壓轉子或低于轉子軸組件。兩個轉子軸組件中的中介軸承連接節點對應的轉速、部件單元質量、剛度及陀螺矩陣均不同，又因中介軸承單元模型由連接節點對組成，這要求高壓轉子及低壓轉子連接節點的幾何建模具備防錯能力。

同時，中介軸承是高壓轉子及低壓轉子非線性振動的影響因素之一，連接節點幾何參數設置不當可能會引起非線性微分方程無法收斂、結果發散、計算結果不可靠等問題。對復雜的雙轉子系統，連接節點的幾何屬性如所屬部件、幾何坐標、單元信息等應仔細檢查，避免連接節點幾何參數設置不當引起的有限元模型缺陷。

目前的轉子動力學有限元軟件如Ansys、Samcef、HyperMesh等，均具有一定的幾何檢查功能，但幾何檢查主要針對單元網格，目的是優化梁、面及體這類部件單元的尺寸、拓撲結構等，使單元形狀匹配單元插值形函數，獲得更為精確且收斂的計算結果。而轉子中介軸承單元為連接單元，不存在網格劃分及拓撲結構，因此多數商業軟件無專門針對中介軸承的幾何檢查功能。

作為連接部件，中介軸承幾何檢查前，需對雙轉子結構的高、低壓轉子組件分解。目前的商業軟件通過設定高、低壓轉子單元組件，將高、低壓轉子在模型上區分，從而便于不同轉速載荷的施加。但是，組件的構成需手動設定，一個部件可隸屬于多個組件，也可以施加多種轉速載荷，導致高、低壓轉子單元組件易因人為疏忽分解錯誤，而目前商業軟件對含中介軸承的雙轉子結構高、低壓轉子組件的分解合理與否無相應的幾何檢查。

因此，對這類廣泛使用的、含中介軸承的航空發動機雙轉子系統，在高壓轉子及低壓轉子及中介軸承有限元單元模型建立后，有必要尋找一種幾何檢查方法，自動分解高、低壓轉子組件，并基于高壓轉子及低壓轉子組件判斷中介軸承連接節點的合理性，但目前未有較好的相關幾何檢查方法的技術方案所公開。

發明內容

發明目的：本發明要解決的問題是提供一種雙轉子結構高壓轉子及低壓轉子連接節點的幾何檢查方法，解決如何能夠自動分解高、低壓轉子軸組件，判斷中介軸承連接節點的合理性的技術問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明可采用以下技術方案。