一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法技术

本发明专利技术公开了一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，包括以下步骤：步骤一，建立和简化发动机三维模型，保留主要承力部件；步骤二，输入环境、有限元边界条件等条件；步骤三，按照发动机理论质量修正三维模型质量并输入外部载荷；步骤四，计算得出振动结论；通过本发明专利技术公开的这种一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，能够建立发动机和拉杆装配体模型，计算装配体共振频率和振型，为整机振动排故提供数据支持。

A vibration calculation method of aeroengine auxiliary suspension rod

The invention discloses a vibration calculation method of an aeroengine auxiliary hanging rod, which comprises the following steps: Step 1: establish and simplify a three-dimensional model of the engine and retain the main bearing parts; step 2: input the environment, boundary conditions of the finite element and other conditions; step 3: modify the three-dimensional model mass according to the theoretical mass of the engine and input the external load; step 4: calculate and obtain Vibration conclusion: through the vibration calculation method of the aero-engine auxiliary hanging rod disclosed in the invention, the engine and rod assembly model can be established, the resonance frequency and vibration mode of the assembly can be calculated, and the data support for vibration troubleshooting of the whole machine can be provided.

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法
本专利技术属于航空发动机台架试车
，特别涉及一种台架试车辅助吊挂拉杆振动有限元计算方法。
技术介绍
航空发动机安装在专用台架上进行地面试车。发动机通过“两前一后”三个支点固定在台架上，其中“两前”为发动机主安装节，因为发动机产生的推力均由主安装节传递至飞机或台架。“一后”为发动机辅助吊挂，主要用于微调发动机安装俯仰姿态和承担部分发动机载荷。发动机试车时通常只在三个支点位置布置振动传感器，且振动超标信号多数来自后吊挂处的振动传感器。发动机振动多数是由转子部件不平衡引起的，发动机交付前的检验试车如果出现整机振动超标则需对转子部件进行拆解并重新平衡后装机再试车，这一过程将消耗百万元的航空煤油。但是，改变辅助吊挂拉杆的刚度可有效降低发动机整机振动幅值。且拉杆处布置的传感器检测的振动信号并非完全由转子部件不平衡引起，也有可能由发动机机匣共振引起。传统方法只能通过转子部件再平衡来解决振动过大的问题，但由于发动机转子部件结构设计特点，这一方法并不能完全排除振动过大的故障。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，能较为准确的计算拉杆与发动机装配体的固有频率及振动模态，为整机振动排故提供数据支持。技术方案：本专利技术的一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，包括以下步骤：步骤一，建立和简化发动机三维模型，保留主要承力部件；步骤二，输入环境、有限元边界条件等条件；步骤三，按照发动机理论质量修正三维模型质量并输入外部载荷；步骤四，计算得出振动结论。进一步的，步骤三的按照发动机理论质量修正三维模型质量具体包括以下步骤：a、根据发动机结构图，将附件机匣、中央传动、矢量喷管/尾喷管和排气尾椎等部件的质量以集中质量点分别施加在发动机三维模型的对应安装面上；b、将转子部件及其他附件的质量以集中质量点附加在发动机三维模型的主要承力部件上；c、对余下管路质量采用分布式集中质量的方法将庞大的外部管路通过若干个集中质量进行代替，将集中质量附加在发动机三维模型上。进一步的，步骤三的a步骤具体为：将附件机匣、中央传动、矢量喷管/尾喷管和排气尾椎等部件作为集中质量施加到对应的安装截面，将步骤一建立的三维模型质量修正为附加上述部件的理论质量，并且集中质量质心与上述部件实际质心相同。进一步的，步骤三的b步骤具体为：将转子部件及其他附件作为集中质量，对步骤一建立的主要承力部件进行质量修正，将步骤一建立的三维模型质量修正为附加上述部件的理论质量，并且集中质量质心与上述部件实际质心相同。进一步的，步骤三的c步骤具体为：根据发动机管路的布局，将质量点按照不同密度分布在整体发动机模型的外表面上，管路布局密集的部位质量点分布同样密集，单个质量点的质量值是总管路总质量除以质量点数量。进一步的，步骤二输入的条件包括各部件的材料属性、坐标系、温度场、边界条件。进一步的，步骤三输入的外部载荷包括气动载荷和转子部件载荷。进一步的，步骤四中计算得出振动结论具体包括以下步骤：a、检查有限元计算总质量与发动机理论质量的误差；b、开展应力分析；c、开展模态分析；d、进行有限元与试验对比，得到评估结果。有益技术效果：本专利技术的一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，建立发动机和拉杆装配体模型，计算装配体共振频率和振型，为整机振动排故提供数据支持。附图说明图1是本专利技术实施例的发动机简化三维模型图；其中，1—风扇前机匣、2—风扇机匣、3—中介机匣、4—外涵机匣、5—混合器，6—加力喷管机匣、7—高压压气机机匣、8—燃烧室机匣、9—涡轮支承。具体实施方式本部分是本专利技术的实施例，用于帮助理解本专利技术的目的和构思。1、建立如图1整机振动计算三维模型：建立风扇前机匣1、风扇机匣2、中介机匣3、外涵机匣4、混合器5及加力喷管机匣6、高压压气机机匣7、燃烧室机匣8、涡轮支承9等发动机主要承力部件。将辅助吊挂拉杆10装配至整机三维模型，建立与发动机试车相同的三维模型；2、为各部件设置材料属性：材料属性至少包含密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等；3、建立坐标系：以发动机轴线为X轴，顺航向向前为正。发动机顺航向右侧为正Y轴。Z轴由右手法则确定；4、施加温度场：根据上游部门提供的《发动机空气系统计算报告》中的各截面温度值施加温度场；5、施加边界条件：有限元计算施加的边界条件与实际发动机安装相同。通常情况为发动机主安装节约束后只保留发动机绕Y轴的转动自由度，这一自由度由辅助吊挂完成约束；(2-5有限元边界条件)6、施加气动载荷：根据上游部门提供的《发动机气动轴向力和扭矩计算报告》在对应截面施加气动载荷。气动载荷包含所有静子部件和转子部件所受到的气动轴向力和扭矩；(6、9外部载荷)7、整机质量修正：步骤1建立的模型只包含了发动机主要承力部件，转子部件及其他附件未考虑，而未考虑的部件质量占发动机总质量约为三分之二。以集中质量的方式对步骤1建立的主要承力部件进行质量修正，将步骤1建立的质量修正为实际理论质量，要求修正后的部件质心与发动机实际质心相同(2)；将附件机匣、中央传动、矢量喷管/尾喷管和排气尾椎等部件作为集中质量施加到对应的安装截面，将步骤1建立的质量修正为实际理论质量，要求集中质量质心与部件实际质心相同。外涵管路根据其在发动机上的实际分布情况以分布式集中质量的方式施加到相应位置，具体步骤见步骤8；8、分布式集中质量施加：步骤1和步骤7建立了发动机的大部分质量，；9、转子部件载荷施加：目前我航空发动机多为双转子结构，通常将转子简化为简支梁或者悬臂梁进行受力计算。将风扇转子、低压涡轮转子、高压转子分别进行受力分析得到转子支承处的反作用力。将反作用力施加到步骤1建立的模型对应位置；10、检查：要求有限元计算总质量/发动机交付质量*％≤2％，有限元计算模型的质心与发动机实测质心相对误差在XYZ三个方向均小于10mm；11、应力分析：台架状态下，施加+Z方向一倍惯性过载。划分网格完成应力分析；12、模态分析：将步骤11得到的应力施加到模态分析，计算预应力下整机的固有频率和振型；13、有限元与试验对比：结合整机试车时辅助吊挂处的振动测量结果，对拉杆处振动进行评估。本专利技术的工作原理是：建立航空发动机台架状态下发动机和拉杆装配体模型。模型包含发动机主要承力部件，其余部件质量通过集中质量点的方式施加。首先计算发动机试车状态下的部件应力，将应力施加到模态计算，得到整机共振频率和振型。利用共振频率和振型与测试结果进行对比，以验证辅助拉杆处的振动是否由传感器周围机匣共振引起。本专利技术的另一个实施例如下。1、依照上一个实施例中步骤1-3建立整机振动计算三维模型，设置材料属性，边界条件和网格尺寸。网格尺寸为30mm，节点总量为4315138。各部件间连接面设置为“绑定”；2、依照“具体实施方式”中步骤4-6施加气动载荷和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，建立和简化发动机三维模型，保留主要承力部件；/n步骤二，输入环境、有限元边界条件等条件；/n步骤三，按照发动机理论质量修正三维模型质量并输入外部载荷；/n步骤四，计算得出振动结论。/n

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立和简化发动机三维模型，保留主要承力部件；
步骤二，输入环境、有限元边界条件等条件；
步骤三，按照发动机理论质量修正三维模型质量并输入外部载荷；
步骤四，计算得出振动结论。


2.根据权利要求1所述的一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，其特征在于，所述的步骤三的按照发动机理论质量修正三维模型质量具体包括以下步骤：
a、根据发动机结构图，将附件机匣、中央传动、矢量喷管/尾喷管和排气尾椎等部件的质量以集中质量点分别施加在发动机三维模型的对应安装面上；
b、将转子部件及其他附件的质量以集中质量点附加在发动机三维模型的主要承力部件上；
c、对余下管路质量采用分布式集中质量的方法将庞大的外部管路通过若干个集中质量进行代替，将集中质量附加在发动机三维模型上。


3.根据权利要求2所述的一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法，其特征在于，所述的步骤三的a步骤具体为：将附件机匣、中央传动、矢量喷管/尾喷管和排气尾椎等部件作为集中质量施加到对应的安装截面，将步骤一建立的三维模型质量修正为附加上述部件的理论质量，并且集中质量质心与上述部件实际质心相同。


4.根据权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪伟，陈倩，赵迎春，龙胜刚，高阳，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：贵州;52