[发明专利]基于柔性转子加速响应信息的无试重瞬态高速动平衡方法

说明书

本发明提供了一种基于柔性转子加速响应信息的无试重瞬态高速动平衡方法。首先，采用传递矩阵法建立转子系统瞬态运动方程，并通过Newmark积分法计算得到瞬态运动响应数据；然后，利用利用载荷识别和模态坐标转换结合方法，计算得到不平衡激振力；接着，基于辅助角公式结合不平衡激振力特性，计算转子不平衡量。本发明结合发动机转子实际运行特点，不需添加试重，只需获得转子系统加速起动过程的瞬态响应数据，便可通过数学方法完成对转子的平衡，计算效率高、平衡精度高，是一种精确、高效的无试重瞬态动平衡方法，可推广应用到工程实际。

技术领域

本发明属转子平衡技术领域，具体涉及一种基于柔性转子加速响应信息的无试重瞬态高速动平衡方法。

背景技术

识别转子的不平衡分布，对转子进行严格的平衡，是降低发动机振动，提高使用安全性、可靠性和寿命的重要措施。它贯穿于航空发动机制造、安装、使用和维护的各个环节，在航空发动机研制中占有非常重要的地位。

转子的平衡，按平衡时转速是否变化可分为稳态平衡和瞬态平衡。稳态平衡方法是让转子稳定在一个或多个转速下对它进行平衡。瞬态平衡方法则是在变转速过程中对转子进行平衡的方法。传统的平衡方法如模态平衡法和影响系数法及它们的改进方法均属于稳态平衡方法。然而在实际平衡过程中，转子多数是依靠高压燃气驱动，难精确稳定在某一转速下运转，不能算作严格意义上的“稳态”；而且，转子在一个固定转速下长时间运转容易使得发动机疲劳，特别的是，模态平衡法选取的平衡转速接近转子的临界转速，长时间停留测量对发动机十分不利。因此，亟需发展结合发动机转子实际运行状态的瞬态平衡方法以解决上述问题。同时，稳态平衡方法都包括测量转子初始振动、添加平衡试重、测量添加试重后转子的振动等多次试车过程才能确定不平衡量，平衡周期长，平衡效率低，平衡精度差。因此，需要发展省去加试重、试运转等复杂环节的无试重平衡方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于柔性转子加速响应信息的无试重瞬态高速动平衡方法。结合发动机转子实际运行特点，不需添加试重，只需获得转子系统加速起动过程的瞬态响应数据，便可通过数学方法完成对转子的平衡。本发明方法平衡周期短，工程应用强，平衡精度高，是一种精确、高效的无试重瞬态动平衡方法。

一种基于柔性转子加速响应信息的无试重瞬态高速动平衡方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：利用传递矩阵法建立转子系统的瞬态运动方程，通过Newmark积分方法计算转子系统在恒定角加速度下的瞬态运动信息，包括转子瞬态响应，转子Bode图及模态振型；截取转子达到其临界转速前任意时间段内的瞬态响应数据U(t)作为载荷识别输入数据；

步骤2：利用以下载荷识别和模态坐标转换结合方法，计算得到转子不平衡激振力f(t)，即：

f(t)＝IFT[U(ω)/Φh_q(ω)Φ^T] (1)

其中，U(ω)为U(t)的傅里叶变换，ω表示频域频率；Φ为转子模态振型矩阵，表示为：

其中，为转子系统第r阶模态振型，N为转子特征盘的个数；

h_q(ω)为转子系统的模态导纳矩阵，表示为：

h_q(ω)＝diag[h₁(ω),h₂(ω),···,h_r(ω),···,h_4N(ω)] (3)

h_r(ω)＝1/(ω_r²-ω²+2jωξ_rω_r)，(r＝1,2,···,4N) (4)