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航空发动机承力结构隔振设计方法及试验

洪杰 杨振川 王永锋 马艳红

洪杰, 杨振川, 王永锋, 等 . 航空发动机承力结构隔振设计方法及试验[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(1): 10-17. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0196
引用本文: 洪杰, 杨振川, 王永锋, 等 . 航空发动机承力结构隔振设计方法及试验[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(1): 10-17. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0196
HONG Jie, YANG Zhenchuan, WANG Yongfeng, et al. Vibration isolation design method and experiment of aero-engine supporting structure[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(1): 10-17. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0196(in Chinese)
Citation: HONG Jie, YANG Zhenchuan, WANG Yongfeng, et al. Vibration isolation design method and experiment of aero-engine supporting structure[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(1): 10-17. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0196(in Chinese)

航空发动机承力结构隔振设计方法及试验

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0196
基金项目: 

国家自然科学基金 51575022

国家自然科学基金 51475021

航空科学基金 20142151024

详细信息
    作者简介:

    洪杰 男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空发动机结构完整性与可靠性、转子动力学

    杨振川 男, 硕士研究生。主要研究方向:航空发动机振动控制

    王永锋 男, 博士研究生。主要研究方向:航空发动机振动控制

    马艳红 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空发动机整机动力学、旋转机械振动控制、智能结构与新型阻尼材料等

    通讯作者:

    马艳红, E-mail: mayanh2002@163.com

  • 中图分类号: V231.92

Vibration isolation design method and experiment of aero-engine supporting structure

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51575022

National Natural Science Foundation of China 51475021

Aeronautical Science Foundation of China 20142151024

More Information
  • 摘要:

    基于先进航空发动机承力框架的结构与力学特征,通过理论分析与仿真计算验证了高隔振性承力框架结构动力学设计方法。通过对承力结构刚度/质量分布及几何构形突变的优化设计,提高转子支承结构在宽频域内的机械阻抗,实现在转子工作转速范围内的高隔振性。根据承力结构刚度/质量分布对隔振性的影响,采用折返式非连续结构,设计并搭建了转子-承力框架试验系统,通过试验进一步验证了高隔振性承力框架设计方法。试验结果表明:在承力结构中采用非连续性设计可在宽频域内对不同位置支点处激励具有良好的隔振效果。

     

  • 图 1  先进涡轮级间共用承力框架结构

    Figure 1.  Advanced shared mid-turbine supporting frame structure

    图 2  承力框架有限元模型

    Figure 2.  Supporting frame finite element model

    图 3  承力结构动力学模型

    Figure 3.  Supporting structure dynamical model

    图 4  承力结构机械网络

    Figure 4.  Mechanical network of supporting structure

    图 5  非连续承力结构动力学模型

    Figure 5.  Discrete supporting structure dynamical model

    图 6  非连续承力结构简化阻抗示意图

    Figure 6.  Schematic of simplified impedance of discrete supporting structure

    图 7  刚性(连续性)承力框架有限元模型

    Figure 7.  Rigid (continuous) supporting frame finite element model

    图 8  支点至涡轮机匣的振动传递系数

    Figure 8.  Vibration transfer coefficient from bearing point to turbine motor case

    图 9  转子-承力框架试验系统设计方案

    Figure 9.  Rotor-supporting frame experimental apparatus design scheme

    图 10  转子-承力框架试验系统实物图

    Figure 10.  Picture of rotor-supporting frame experimental apparatus

    图 11  转子-承力框架试验系统测点位置分布

    Figure 11.  Rotor-supporting frame experimental apparatus measuring point layout

    图 12  单一轴承支于鼠笼B位置的振动响应幅频曲线

    Figure 12.  Vibration response amplitude frequency curves of single bearing on squirrel cage B position

    图 13  单一轴承支于鼠笼B位置的振动传递系数

    Figure 13.  Vibration transfer coefficient of single bearing on squirrel cage B position

    图 14  双轴承并用与单一轴承状态振动传递系数对比

    Figure 14.  Comparison of vibration transfer coefficient between double bearings and single bearing

    表  1  承力框架材料参数

    Table  1.   Supporting frame material parameters

    部件 密度/(kg·m-3) 弹性模量/GPa 泊松比
    导流器叶片 8.44×103 164 0.308
    其余部件 8.44×103 205 0.308
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    表  2  承力框架各部件非连续性刚度/质量分布特征

    Table  2.   Supporting frame parts' discrete stiffness/mass distribution characteristics

    编号 部件 质量/kg 刚度/
    (N·m-1)
    1 涡轮机匣 21.1 6.22×108 2.95×107
    2 导流器 13.0 1.28×108 9.85×106
    3 折返式鼠笼 2.0 8.13×107 4.07×107
    4 承力鼓筒 0.9 2.32×108 2.58×108
    5 共用轴承座 8.0 7.76×108 9.70×107
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-10
  • 录用日期:  2018-07-05
  • 网络出版日期:  2019-01-20

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