涡扇发动机整机振动特性仿真分析

涡扇发动机整机振动特性仿真分析
发布时间：2021-10-19T08:53:24.157Z 来源：《城镇建设》2021年第5月15期作者：王淑金
[导读] 针对涡扇发动机整机振动，开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。

王淑金
海翔机械厂河北邯郸 057159
摘要：针对涡扇发动机整机振动，开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。

建立了转子支承系统、静子承力系统动力学模型，对静子承力系统关键测点在转子不平衡量大小、分布及碰摩力作用下的振动响应特性进行了仿真分析。

仿真结果与实际发动机试验振动图谱的对比分析表明，特征频率点的响应吻合良好。

通过本研究，初步搭建起涡扇发动机整机振动机理仿真分析平台，对提高发动机振动机理研究能力和整机振动分析诊断水平有积极意义。

关键词：涡扇；发动机；振动分析
1、前言
在飞行过程中，发动机是动力保证，其工作的可靠性直接关系到飞行安全。

发动机振动不仅影响发动机本身的工作，而且影响配件和仪器的工作，结构的发动机振动应力较大，甚至会最终影响发动机的可靠性。

涡扇发动机的振动故障在军用和民用发动机上是不同的，导致大量的发动机提前返回工厂，降低了发动机的使用寿命，增加了维修费用。

据统计，90%以上的结构强度失效是由振动引起的或与振动有关的。

本文从飞机发动机研究的设计、生产、使用和维护方面研究了飞机发动机的振动问题。

2、飞机发动机振动源分析
2.1转子故障引起的振动
2.1.1转子不平衡
“不平衡力”是涡扇发动机振动的重要原因之一。

由于不均匀的缺陷，转子材料的设计、热变形误差、制造、装配和转子在运行介质上的粘连转子或质量损失的过程中，使实际的转子中心的质量和重心产生偏移。

使转子出现质量不平衡[l]。

转子不平衡是影响涡扇发动机振动和噪声的一个重要因素。

它不仅直接威胁到飞机发动机的安全可靠运行，而且还能诱发其他类型的故障。

转子不平衡引起的振动故障是涡扇发动机常见的有害故障，是降低发动机振动的重要措施。

转子不平衡离心力引起的振动与其他原因引起的振动不同，具有固有特性，即动载荷与转速的平方成正比，频率与转速相同。

2.1.2转子不对中
根据国外相关信息，旋转机械的机械振动故障有70%是由轴系误差引起的或与误差有关。

由于飞机发动机的高比例，在追求高速的过程中，涡扇发动机转、静子之间的间隙变得越来越小，导致转子的故障增加了静子摩擦增加的可能性。

涡扇发动机转子在运行情况下可导致轴承磨损、耦合偏转、轴偏转、摩擦转子和套管故障，这对飞机发动机的稳定运行是非常有害的。

一般来说，涡扇发动机转子的故障可以分为不匹配的轴承和不合适的联轴器。

2.1.3转静子碰磨
航空发动机转速很高，转子与静子接触摩擦而导致异常振动时有发生，发动机转静子的碰撞可分为局部碰磨和全局碰磨。

2.2非线性轴承刚度
对于转子系统的结构设计，基于线性理论的传统设计方法不能准确地反映极限状态的飞机发动机振动响应特性，可以在极限状态下工作，或安全设计。

因此，在非线性刚度的支持下，需要研究旋转系统的响应机理、特性和规律，为整机的振动抑制设计提供理论支持。

支承刚度的非线性主要为SFD和滚动轴承。

2.3振动引起的气流
2.3.1级联尾巴流
由于静子叶片的存在，叶片的总压和气流速度在涡扇发动机环流通道内减小，当转子叶片穿过该区域时，气动力会发生变化。

叶片表面的周期性压力的变化使叶片的振动更加强烈。

2.3.2气流激励
涡扇发动机压气机转子与静子之间存在泄漏损失，严重影响压气机的效率。

除了正确的间隙选择外，还必须使用密封装置。

周向旋转密封腔内的气体将滞后于非均匀压力分布的转子运动，这将导致转子在垂直于转子位移的切向力的合成后产生不稳定的振动。

3、涡扇发动机整体振动控制技术的装配过程
技术人员也要分析装配过程，整合系统的运行机制，确保在规定的时间内安全可靠，完成机械设计效率要求。

在确定发动机结构和工作条件的同时，提高了特征参数分析的水平，提高了动力学参数的应用价值，特别是在某些规律性上，分析了同心度与参数之间的不平衡。

为了从根本上保持发动机振动消除的水平，我们需要对系统控制水平进行深入研究，以避免不稳定对其日常管理的影响。

首先，在不合理控制范围内，发动机的振动、加工过程、装配过程和装配系统主要影响参数，对结构和特征参数变化的影响进行综合分析。

技术人员应确定工艺参数和整体特征，以改进关键因素的处理机制。

影响因素、不平衡、不同心度、连续刚度和支撑刚度参数是涡扇发动机整体振动的关键系统，必须建立较强的处理机制和分析策略。

例如，转子不平衡影响结构和安装过程。

其次，在分析结构动力特性项目的过程中，需要结合实际的振动参数水平，改进不平衡测量，以保证参数分析水平的优化。

一方面，装配过程的结构的复杂性有关技术操作过程需要技术人员质量监督，尤其是对惯性力和摩擦力，热梯度和螺栓预紧力的负载参数，只有满足刚性连接效果，可以确保相关机械结构操作速度范围的影响。

工艺过程中，轴承配合物的范围，区分温度、湿度、适用范围等基本要素，如装配时间、设计要求的集成、提高加工效率、保证后续工作的充分实施。

，另一方面，结构参数和装配的可测性和可控性，确保相关问题的影响，提高静态设置参数，以及治疗效果的优化点，线，平面奠定坚实的基础，以确保分析的结构和部分管理有效性的影响。

在保持装配工艺和结构参数的基础上，可测性也更加实用。

第三，我们应该整合典型的组合优化的转子同心度，维护发动机部件的设计要求，改进几何项目和工艺参数的完整性，管理系统的实现，完善设计要求的实施机制。

技术人员应分析装配和装配所需的机械公差，以确保在满足技术要求时，数据和振动特性是一致的。

在装
配过程中，必须对机械参数的完整性进行优化，以保证振动特性分析的重要性。

此外，在转子不同心度优化过程中，为了达到目标，必须集成元件组合角，保持公差条件，提高仿真元件的装配效果。

此外，您还需要优化和实现有效的数据集成需求。

本文改进了组件的优化性能，优化了关系级。

如果不同心度增加，则需要整体的方法来调整结构参数，以提高不同同心度的治疗效果。

4、测试技术和典型的振动故障
机械振动测试和测试技术是设计、装配、检验结果的有效方法，是整机振动特性设计的完整性，检查机械系统结构的运行是否正常。

在新发动机开发阶段，整机振动测量的主要目的和工作是在原型机架和零件试验中。

（1）验证转子动力特性是否满足设计要求，如在工作转速范围内是否有临界转速，是否修改或应用阻尼抑制。

（2）对整机振动特性的验证，包括轴承动态特性，对振动幅值振动特性分布（间隙）的动态特性和各截面之间的静态的关系，定位与附着关系的振动。

（3）通过在开发过程中设置动力学参数，满足振动故障，建立发动机振动故障谱测试，用于发动机厂使用振动标准和外场飞行故障诊断依据。

因此，整机振动测试技术是有效验证设计、装配质量、保证发动机可靠安全运行的关键技术。

发动机振动测试技术和动态设计验证，在整机振动试验过程中，测试技术验证了发动机动态特性的实际情况，包括：转子动力特性是否满足设计要求；得到了整机的振动特性。

通过设置动力参数和振动故障，建立了发动机的振动故障谱。

5、结束语
飞机发动机的振动严重影响飞行安全，是发动机研究领域的热点问题。

它的研究贯穿于发动机设计、生产、使用和维护。

本文对研究的重点和方向进行了总结，并对各研究方向的现状和发展进行了分析。

随着新的研究方法和方法的应用，这一领域的研究将会进一步发展。

参考文献：
[1]张宝诚.涡扇发动机试验和测试技术[M].北京：北京涡扇航天大学出版社，2015
[2]黄志坚，高立新，廖一凡.机械设备振动故障监测与诊断[M].北京：化学工出版社，2018
[3]肖可明，周敬宣.钢厂热锯机噪声控制方案[J].工业安全与环境，2013。