高速柔性轉(zhuǎn)子突加大不平衡響應(yīng)研究.pdf

1、高速柔性轉(zhuǎn)子葉片飛脫后產(chǎn)生的突加大不平衡載荷對轉(zhuǎn)子以及安裝環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)是現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。通過模擬葉片飛脫試驗(yàn)與數(shù)值仿真方法相結(jié)合，研究葉片飛脫后高速柔性轉(zhuǎn)子的突加不平衡響應(yīng)特性。主要完成了以下工作:
　　(1)建立了簡化的轉(zhuǎn)子-支承模型，利用LS-DYNA進(jìn)行了葉片飛脫的模擬仿真計(jì)算。研究了不同飛脫質(zhì)量以及不同飛脫轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)。通過仿真分析，深入研究了不同質(zhì)量和不同飛脫轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)以及

2、限位支承處的受力，分析得到了轉(zhuǎn)子的失效形式為軸的扭斷失效，轉(zhuǎn)子在與限位支承發(fā)生碰磨時，表現(xiàn)為兩種狀態(tài):一種是轉(zhuǎn)子與限位支承保持非連續(xù)的碰擦情況下，轉(zhuǎn)子不斷回彈減少不平衡響應(yīng)，這種碰擦使得軸自身發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，此時的變形是可以恢復(fù)的;另外一種是轉(zhuǎn)子與限位支承持續(xù)碰擦而無回彈現(xiàn)象時，轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)變形將使軸在最薄弱的地方發(fā)生扭斷。這兩種狀態(tài)在不平衡響應(yīng)中順序發(fā)生。限位支承在不平衡響應(yīng)中起到限位保護(hù)作用，研究表明隨著離限位支承的軸向距離的增加，這種

3、限位保護(hù)作用越弱。對比了限位支承與軸系間隙分別為0.5mm、1mm、1.5mm三種情況下的不平衡響應(yīng)，碰磨力隨著間隙的變化呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，但是間隙過大，限位支承不能很好起到限位保護(hù)的作用，可見碰磨力的大小并不能作為唯一反應(yīng)軸系危險(xiǎn)情況的指標(biāo)，還需要綜合考慮轉(zhuǎn)子的軸心位移。
　　(2)利用ZUST6D型轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺，研究葉片飛脫導(dǎo)致的突加不平衡載荷下高速柔性轉(zhuǎn)子的動力學(xué)響應(yīng)。比較了不同飛脫葉片的重量和葉片飛脫形式對轉(zhuǎn)子

4、軸系的突加不平衡響應(yīng)的影響;發(fā)現(xiàn)單葉片飛脫與葉片順序飛脫相比，瞬時轉(zhuǎn)子振動與限位支承的承載所能達(dá)到的幅值具有相同的量級;但是單葉片飛脫對高速柔性轉(zhuǎn)子帶來的危害性更大，長時間的大不平衡量傳遞給限位支承-支承座-保護(hù)環(huán)-吊架，使支承-支承座-吊架系統(tǒng)產(chǎn)生了劇烈的振動響應(yīng)，這種響應(yīng)在真實(shí)發(fā)動機(jī)中可能導(dǎo)致安裝節(jié)失效;對于相同質(zhì)量的飛脫葉片，較高的飛脫轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致限位支承-支承座-保護(hù)環(huán)-吊架系統(tǒng)更劇烈的振動響應(yīng);在相同的飛脫轉(zhuǎn)速下，較大的飛脫質(zhì)量