装配工艺参数对民用航空发动机高压转子动态响应影响的研究

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高压转子系统被称为发动机的核心机,是航空发动机的关键组成部分。为了加工制造以及维护的方便,高压转子一般都是多部件通过螺栓连接的组合结构,装配质量直接影响着高压转子的工作稳定性。掌握装配工艺参数对高压转子动态特性的影响规律有利于提高发动机高压转子的装配质量及效率,而且可为高压转子的装配过程及排故过程提供理论指导。本文以高压转子为研究对象。为了研究装配工艺参数对高压转子动态特性的影响,首先深入研究了针对高压转子连接处结构特征的螺栓法兰连接结构的静刚度特征,在此基础上进一步对结合面弯曲刚度对组合转子动态特性的影响规律进行深入研究。主要内容为:(1)针对航空发动机高压转子的结构特征、装配过程及装配后遇到的振动超标问题进行结构简化,提出针对研究装配工艺参数与高压转子动态响应间影响规律的简化模型。(2)使用HYPERMESH建立螺栓结合部精细化有限元模型,在此基础上通过ANSYS静态分析模块进行不同螺栓个数及预紧力条件下结合面静力学刚度的特性研究;然后设计试验件及夹具,使用MTS压力试验机对结构件进行弯曲刚度试验,验证分析模型的合理性与分析结果的有效性。(3)提出等效梁单元法以及结合面等效刚度系数的概念模拟高压转子螺栓连接装配技术;建立转子系统的有限元模型,对不同结合面弯曲刚度及不同装配相位差下系统的临界转速、不平衡稳态响应及启动过程进行研究。结果表明,针对航空发动机高压转子这类柔性转子系统,结合面刚度特性对系统的动态响应影响很大,设计装配过程中不可忽略该影响因素;装配相位差对装配质量有很大影响。对航空发动机高压组合转子进行装配相位差的优选,意义重大。
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