[发明专利]一种风扇转子试验模型的动力学特性相似设计方法

说明书

一种风扇转子实验模型动力学特性相似设计方法，首先建立低压转子实验器的有限元模型，计算其模态特性。然后建立风扇转子实验模型，确定实验模型中风扇转子左右支点支承刚度、低压涡轮转子简化段转轴内外径及转轴上轮盘质量、直径转动惯量对此模型模态特性的影响规律。最后根据上述所得规律，调节各参数使风扇转子实验模型中风扇转子的动力学特性与低压转子系统中风扇转子的动力学特性一致。本发明在设计风扇转子实验器时，考虑了低压涡轮转子对风扇转子的耦合作用，将低压涡轮转子进行简化，通过上述相似设计获得了风扇转子实验模型设计过程中调整模态方法的一般性结论。便于对航空发动机风扇转子系统真实特性的研究。

技术领域

本发明涉及航空发动机转子系统技术领域，尤其涉及一种风扇转子试验模型动力学特性相似设计方法。

背景技术

低压转子系统是涡扇发动机的关键部分，由风扇转子和低压涡轮转子两部分组成。目前关于风扇转子进行的相关动力学特性分析都是为了反映真实发动机中转子系统的相关动力学特性。然而当前对风扇转子系统进行相应计算研究或者试验研究时，都是将风扇转子直接从低压转子系统中抽离出来。没有考虑风扇转子与低压涡轮转子间的连接对风扇转子的影响。实际上，由于连接的存在，低压涡轮转子与风扇转子之间存在耦合作用。将低压转子系统中的风扇段截取出来，在结构形式及支承位置不变，且不考虑低压涡轮转子与其的耦合关系时，仅通过调节风扇转子支承刚度的大小，难以使单独风扇转子系统的动力学特性与处于低压转子系统中的风扇转子的动力学特性一致。

以往关于风扇转子系统的相关计算并不能说明如何反应真实状况下风扇转子的相关特性。因此对于单独风扇转子系统而言，使其反应的动力学特性与处于低压转子系统中风扇转子的动力学特性一致有待研究。由于真实发动机转子本身十分复杂，不便于分析，因此本发明利用转子试验器进行分析。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种风扇转子试验模型动力学特性相似设计方法，首先建立低压转子试验器有限元模型，计算其模态特性。然后建立风扇转子试验模型，确定相应参数对此模型模态特性的影响规律。最后根据上述所得规律，调节各参数使此试验模型中风扇转子的动力学特性与低压转子系统中风扇转子的动力学特性一致。

本发明的具体技术方案为：

一种风扇转子试验模型动力学特性相似设计方法，包括如下步骤：

第一步：建立低压转子试验器有限元模型并计算其模态特性，采用有限元法对含套齿联轴器的低压转子系统建模时，将套齿联轴器视为两个重合的结点，结点处的横向和转角刚度分别为套齿联轴器的横向和转角刚度；设风扇转子的第i节点与低压涡轮转子的第j节点用套齿联轴器联结，联轴器的径向刚度为K_r，角向刚度为K_t，设风扇转子第i节点的位移为：x_i、y_i、θ_ix、θ_iy，低压涡轮转子第j个节点的位移为x_j、y_j、θ_jx、θ_jy。则作用在风扇转子节点i上的力和力矩F_ix、F_iy、M_ix、M_iy为：

作用在低压涡轮转子节点j上的力和力矩与作用在风扇转子节点i上的力和力矩大小相等方向相反。

此低压转子系统的耦合刚度矩阵K_c为：

此低压转子系统的无阻尼自由振动微分方程为：