[发明专利]一种极低频率情况下的航空发动机内外机匣减振设计方法

说明书

本发明提供了一种极低频率情况下的航空发动机内外机匣减振设计方法，步骤：分别获得燃调机构到外机匣减振点振动传递特性、燃调机构到内机匣减振点振动传递特性；确定内机匣施振点位置，并获得内机匣施振点到外机匣减振点振动传递特性、内机匣施振点到内机匣减振点振动传递特性，建立振动传递特性的模型；设计内机匣施振控制率；验证上述设计是否满足性能要求，若不满足则重新选取内机匣施振位置并按上述步骤开展设计。本发明降低了发动机部件的低频振动疲劳，对实际工程具有重要价值。

技术领域

本发明涉及于航空发动机减振降噪领域，特别设计了一种航空发动机内外机匣减振设计方法。

背景技术

航空发动机要求极高的可靠性以降低故障率，引起航空发动机故障的因素很多，其中最主要的两类故障便是振动和油路故障。这两类故障也存在紧密联系，例如，发动机振动引起固定在机匣上的外部管路的疲劳断裂，形成油路故障。因此，降低发动机振动是提高可靠性的重要途经之一。然而，由于引起发动机振动的因素很多，降低发动机整机振动是很困难的。实际上，由于发动机控制系统的关键部件如电子控制器、外部管路系统、燃调机构等均安装在发动机机匣上，因此，对发动机内机匣和外机匣的特定位置、而不试图对整机实施减振，是一种实际可行的方法。这也正是目前通用的方法，即首先通过精准装配以保证公差，其次对需要减振的部位加装阻尼装置以降低振动的传导。

然而在目前的设计中，通常只关注高频振动；低频振动虽然频率低，但振幅较大、持续时间长，对安装在内、外机匣上的部件具有较大的损伤性。造成这种情况的根本原因是阻尼减振器属于一种被动减振装置，它通常只对高频率振动有效，而对于低频率、尤其是极低频率振动(约为0.1Hz的宽频振动)几乎不具备抗振性能。在航空发动机早期型号中，机匣多采用钢合金材料，刚度大、厚度深，低频率结构性振动不明显；而随着新型发动机对减重、增推性能的严苛要求的持续提升，复合材料的采用越来越多、越来越普遍，低频结构性振动模态得到激发而引起部件损伤，如闵广鹤在论文《航空发动机整机振动典型故障分析》中指出，薄壁结构可能发生强烈的振动，以至疲劳破坏。实际上，在文献《某型航空发动机引接管断裂故障分析》已有报道，机匣表面部位的应力集中及发动机的振动载荷甚至造成管路的断裂。然而，目前对该问题的处理方法也只是调整临界转速、调整预紧力、考虑支承和连接结构动柔度的设计建议，并没有从根本上提出发动机极低频率振动控制的相关处理方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种极低频率情况下的航空发动机内外机匣减振设计方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种极低频率情况下的航空发动机内外机匣减振设计方法，包括如下步骤：

(1)分别获得燃调机构到外机匣减振点振动传递特性、燃调机构到内机匣减振点振动传递特性；

(2)确定内机匣施振点位置，并获得内机匣施振点到外机匣减振点振动传递特性、内机匣施振点到内机匣减振点振动传递特性，建立振动传递特性的模型；

(3)设计内机匣施振控制律；

(4)验证步骤(3)中的设计是否满足性能要求，若不满足则重新选取内机匣施振点位置并按上述步骤开展设计。

进一步的，在步骤(1)中，通过振动传递路径上的部件级建模或系统辨识的方法获得燃调机构到外机匣减振点振动传递特性、燃调机构到内机匣减振点振动传递特性。

进一步的，采用部件级建模建立振动传递路径的模型：

z为外机匣减振点的振动量；y为内机匣减振点的振动量；d为燃调机构的振动量；u为内机匣施振点的振动量；P_zd为燃调机构到外机匣减振点振动传递特性；P_zu为内机匣施振点到外机匣减振点振动传递特性；P_yd为燃调机构到内机匣减振点振动传递特性；P_yu为内机匣施振点到内机匣减振点振动传递特性。