[发明专利]基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台

说明书

基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台。转子系统是航空发动机的核心结构，双转子结构是现代航空发动机采用的主要结构形式。本发明组成试验台机架，所述的机架采用6点支承的结构支撑低压转轴（31）和套在低压转轴外侧的高压转轴（32），所述的高压转轴采用1‑0‑1的轴承分布方式进行支承，所述的低压转轴采用1‑2‑1的轴承分布方式进行支承，所述的高压转轴的一端与所述的低压转轴连接的轴承是中介轴承（33），对于模型转子的设计，首先采用有限元法建立多轮盘的复杂离散动力学模型，然后基于质心集中方法对该模型进行了简化。本发明用于基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台。

技术领域

发明涉及一种基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台，特别应用于不带有旋臂圆盘的航空发动机转子的航空发动机仿真试验。

背景技术

转子系统是航空发动机的核心结构，双转子结构是现代航空发动机采用的主要结构形式，指高压转子和低压转子通过中介轴承联接在一起的结构。研究航空发动机双转子系统的动力学特性，离不开合理简化的动力学模型。陈予恕等[1]对航空发动机整机动力学进行了综述与展望，指出针对航空发动机的结构和工作特点建立合适的简化模型，通过简化模型定性研究一些重要参数对系统运动行为的规律性影响对航空发动机系统的设计优化和动态行为的控制有重要的意义。双转子系统的支承形式、轮盘参数、转轴参数等都对双转子动力学模型的建立十分重要，支承结构对系统的动力学特性影响尤其关键。不同型号的发动机有着不同的支承形式，CMF56发动机采用低压转子为0-2-1、高压转子为1-0-1的5支点支承形式，斯贝发动机采用低压转子为1-2-1、高压转子为1-2-0的7个支点支承形式。

在工程计算中，基于商用有限元软件对双转子系统或整机系统进行超大自由度的有限元建模分析是常用的方法。王国丽等建立了五点支承的双转子-支承系统和高压涡轮-机匣碰摩的三维有限元模型，计算分析双转子系统在碰摩-不平衡故障下的轴承支反力；廖辉等利用有限元软件ANSYS建立简易四支承双转子系统的有限元模型，模型中高低压转子均采用双盘，并分别求出内转子和外转子为主激励的临界转速及主振型；张力等针对现代航空涡扇发动机转子系统的结构和力学特征，运用有限元法对低压转子进行了有限元建模方法和动力特性研究。有限元软件建立的模型结构复杂，适合用于线性振动特性的定量计算，但对于非线性问题的定量分析计算效率较低，定性分析难以实现。因此，建立符合实际结构，并能有效地用于计算分析的双子动力学模型十分关键。

在理论计算和机理分析研究中，建立低自由度的双转子动力学简化离散模型是十分必要的，合理的简化模型是研究的关键。莫延彧、李全通针对某六点支承的双转子航空发动机的动力学特性问题展开研究，将叶片的参数等效成轮盘，建立较多轮盘多支承的双转子系统数学计算模型，以传递矩阵法为基础，对其动力学特性进行理论计算。陈果用有限元法建立了实际的双转子航空发动机的整机振动模型，在双转子-支承系统部分，采用了七支点形式，模型中高、低压转子系统的轮盘均简化为双盘，在对整机振动系统实验验证时采用了单跨三盘模型。李朝峰采用有限元法建立了五点支承的双转子－轴承系统的动力学模型，高、低压转子系统的轮盘均简化为双盘。胡绚等研究了航空发动机双转子系统反向旋转稳态响应，模型中双子系统的高低压转子的轮盘均简化为单轮盘。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于双转子简化动力学模型设计的航空发动机仿真试验台，其组成包括: 试验台机架，所述的机架采用6点支承的结构支撑低压转轴和套在低压转轴外侧的高压转轴，所述的高压转轴采用1-0-1的轴承分布方式进行支承，所述的低压转轴采用1-2-1的轴承分布方式进行支承，所述的高压转轴的一端与所述的低压转轴连接的轴承是中介轴承，对于模型转子的设计，首先采用有限元法建立多轮盘的复杂离散动力学模型，然后基于质心集中方法对该模型进行了简化，双转子系统中的轮盘简化方法可以采用以下两种方式中的任意一种：