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共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

章健 张大义 王永锋 马艳红 洪杰

章健, 张大义, 王永锋, 等 . 共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1902-1910. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0002
引用本文: 章健, 张大义, 王永锋, 等 . 共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1902-1910. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0002
ZHANG Jian, ZHANG Dayi, WANG Yongfeng, et al. Coupling vibration characteristics analysis of shared support-rotors system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1902-1910. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0002(in Chinese)
Citation: ZHANG Jian, ZHANG Dayi, WANG Yongfeng, et al. Coupling vibration characteristics analysis of shared support-rotors system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1902-1910. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0002(in Chinese)

共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0002
基金项目: 

国家自然科学基金 51575022

国家自然科学基金 11672017

详细信息
    作者简介:

    章健 男, 硕士研究生。主要研究方向:航空发动机结构、强度与可靠性

    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、强度与可靠性

    通讯作者:

    洪杰, E-mail: hongjie@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V232.6

Coupling vibration characteristics analysis of shared support-rotors system

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51575022

National Natural Science Foundation of China 11672017

More Information
  • 摘要:

    针对带有涡轮级间共用承力框架的转子系统,为准确描述转子-共用支承-转子(简称共用支承-转子结构系统)之间的振动特性,采用转子截面横向和角向振动特性耦合动力学模型,振动耦合产生机理及影响规律进行研究。理论分析结果表明:转子支点的动态响应对其他转子的支点动刚度特性及转子振动响应特性具有一定影响,共用支承结构振动响应对转子系统振动特性的计算误差超过10%,因此,在共用支承-转子结构系统的临界转速和振动响应计算分析中,需要考虑2个转子与共用支承结构的振动耦合影响。对于涡轴发动机共用支承-转子结构系统的有限元仿真计算结果表明:由于存在共用承力框架,2个转子之间将发生振动耦合,系统产生耦合振型,某一转子转速将会影响另一转子所激起的系统共振临界转速;并对共用承力框架结构的隔振特性也有影响,2个转子共同激励下振动响应与转子单独激励相比,在承力框架安装边上的动载荷以及载荷传递系数均大幅度提高。

     

  • 图 1  高推重比涡轴发动机结构示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of structure of turbo-shaftengine with high thrust-weight ratio

    图 2  考虑共用支承角向自由度的等效动力学模型

    Figure 2.  Equivalent dynamic model considering angular degree of shared support

    图 3  共用支承-转子结构系统动力学模型

    Figure 3.  Dynamic modeling of RSR system

    图 4  共用支承-转子结构系统有限元模型

    Figure 4.  Finite element model of RSR system

    图 5  共用支承-转子结构系统第1阶耦合模态及其对应的单转子振型

    Figure 5.  First-order coupled mode of RSR system and corresponding modes in single-rotor model

    图 6  共用支承-转子结构系统第2阶耦合模态及其对应的单转子振型

    Figure 6.  Second-order coupled mode of RSR system and corresponding modes in single-rotor model

    图 7  共用支承-转子结构系统非耦合模态及其对应的单转子振型

    Figure 7.  Non-coupled mode of RSR system and corresponding mode in single-rotor model

    图 8  共用支承-转子结构系统临界转速

    Figure 8.  Critical speed of RSR system

    图 9  燃发转子激起临界转速敏感系数变化曲线

    Figure 9.  Variation curve of sensitivity coefficient of critical speed in gas generator rotor

    图 10  支承刚度对临界转速的影响

    Figure 10.  Influence of support stiffness to critical speed

    图 11  不同系统力学模型下支点动载荷响应幅值

    Figure 11.  Response amplitude of bearing dynamic load in different mechanical models

    图 12  不同模型中的支点动刚度曲线

    Figure 12.  Curves of dynamic stiffness in different models

    图 13  不同模型中的机械阻抗曲线

    Figure 13.  Curves of mechanical impedance in different models

    表  1  动载荷响应与载荷传递系数

    Table  1.   Dynamics load response and load-transferring coefficient

    模型 支点动载荷幅值/N 载荷传递系数
    4# 5# 6# 安装边
    共用支承-转子模型 44.69 5.98 11.73 157.11 2.52
    单一转子模型 44.69 5.98 11.73 107.95 1.73
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-07
  • 录用日期:  2019-04-05
  • 刊出日期:  2019-09-20

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