某航空发动机支承系统径向动柔度研究与数值模拟

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航空发动机作为飞机的心脏,工作环境恶劣,受机械激振、气动激振、热场等影响,整机振动异常突出,会对发动机附件系统及仪表使用等情况造成不良影响。支承系统的变柔度振动影响航空发动机动力特性,各支承部件参数对支承系统的动柔度有很大的影响。基于发动机整机振动抑制的容差优化设计,可以在优化参数设计的基础上确定各参数最合适的容差,从而降低整机振动响应来满足实际工作要求。对发动机支承系统径向动柔度试验测试及数值模拟,可以分析出各组成部件对支承系统径向动柔度的贡献度,为航空发动机整机振动抑制提供依据。本文针对我国某型涡扇发动机结构特点,开展了发动机支承系统径向动柔度试验方法研究和数值仿真分析,具体内容如下:1.通过多试验件变幅宽频激励下径向载荷和位移关系的建立,提出了室温条件下航空发动机支承系统径向动柔度测试的整套试验方法。该方法可以实现不同装配参数下轴承、轴承座、轴承与轴承座组合以及全机静子支承系统的径向动柔度试验研究。2.基于所提出的径向动柔度试验方法,进行了相应的试验方案设计。考虑轴承游隙、装配间隙、锁紧力矩等装配参数的影响,给出了不同轴向力、激振力幅值、激励频率下不同支点的单轴承、单轴承座、轴承与轴承座组合及全机静子支承系统径向动柔度试验方案。3.开展了轴承径向动柔度测试的预估试验,采用了位移修正、力修正、配合面间隙消除等试验数据提取技术,对试验数据整理、分析并对结果进行研究,找到误差并提出了解决方法,为进一步完善和优化试验方案提供了技术支撑。4.针对试验时间的不充足,对所提到的所有发动机支承系统径向动柔度试验方案进行对应工况下的数值仿真研究,得到了不同装配参数下单轴承、单轴承座对轴承与轴承座组合径向动柔度的贡献度及相应的多条动柔度带。获得了不同参数下机匣多截面不同方向径向动柔度,为与现场试验数据的相互验证提供数据保障。研究结果表明:轴承与轴承座组合中轴承的径向动柔度贡献较大,各支点机匣不同方向与轴承、轴承座不同配合方式径向动柔度曲线随频率变化出现不同交叉现象。在发动机支承系统中,轴承游隙与装配间隙对径向动柔度都有很大影响。游隙影响率最大达19.45%,而装配间隙影响更是可达到86.78%。改变轴承游隙轴承轴承座的装配方式可以有效降低系统径向动柔度。5.进行了给定温度场下的发动机支承系统径向动柔度数值仿真研究,对不同轴承、轴承座、轴承与轴承座组合、机匣在室温和工作温度场下径向动柔度进行了对比,研究了不同温度场对系统径向动柔度的影响。结果表明:随着温度的增加,发动机支承系统各组成部件径向动柔度会随着温度的升高而增大。
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