一种发动机中心拉杆转子-支承系统动力学设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种发动机中心拉杆转子

【技术实现步骤摘要】
一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计方法


[0001]本专利技术属于航空发动机和燃气轮机转子动力学
，涉及一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计方法。

技术介绍

[0002]航空发动机转子动力学设计是航空发动机设计的核心技术之一，转子
‑
支承系统的振动特性是航空发动机高性能、高可靠性的保障。转子
‑
支承系统的转子动力学设计的目是使最低两阶的刚体振型临界转速低于转子的慢车转速，一阶弯曲临界转速高于工作转速。中心拉杆转子由于中心拉杆刚度相对较弱，导致一阶弯曲临界转速常低于工作转速，因此需要对发动机转子
‑
支承结构进行调整，提高其弯曲临界转速。
[0003]在设计阶段，能有效调整转子系统临界转速的方法有：调整支承刚度和转子刚度。
[0004]提高支承刚度在一定范围内对临界转速影响较为明显，但当支承刚度高于某一定值时，对调整临界转速的作用则很微弱，同时也会使转子刚体振型弯曲应变能过大，呈现弯曲较大的振型，对振动不利。中心拉杆转子常常仅通过支承刚度设计无法达到转子动力学设计要求。
[0005]此时，就需要改变转子的结构参数来调整转子刚度进行临界转速调整。影响临界转速的因素有很多，如转子直径、跨度、质量分布、材料性能等都会影响。当发动机的总体方案及部件的气动设计已经确定的情况下，只能在有限的范围内进行调整上述结构参数，使临界转速优化较为困难。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的技术缺陷，本专利技术提供一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计方法，在支承刚度设计的基础上，进一步通过在拉杆上设置通孔，对拉杆关键结构参数进行优化设计。能够在基本不改变总体结构布局的前提下，快速迭代优化设计出同时满足临界转速和转子应变能的中心拉杆结构。适用于航空发动机、燃气轮机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学特性设计。
[0007]本专利技术为解决其技术问题所采用一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计方法，该方法实现步骤如下：
[0008]SS1.基于中心拉杆转子
‑
支承结构的几何模型，建立转子动力学模型，对转子
‑
支承系统进行临界转速计算；
[0009]SS2.分析不同支承刚度对临界转速、转子应变能的影响规律，选取合适的支承刚度；
[0010]SS3.判断弯曲临界转速、转子应变能是否满足转子动力学安全裕度。若否，则进入步骤SS4；若是则进入步骤SS7；
[0011]SS4.在中心拉杆上设置初始通孔；
[0012]SS5.判断弯曲临界转速是否满足转子动力学安全裕度，若否，则根据中心拉杆结
构尺寸对临界转速的影响规律进入步骤SS6；若是，则进行步骤SS7；
[0013]SS6.以中心拉杆外径、内径、长度为优化变量，以临界转速储备裕度为目标函数，以厚度、最大外径、长度范围为约束条件，直至弯曲临界转速大于设计转速，并满足转子动力学安全裕度；
[0014]SS7.完成转子动力学特性优化设计，得到最终优化后中心拉杆模型。
[0015]在进一步地实施方案中，所述步骤SS1中，基于中心拉杆转子
‑
支承结构的几何模型，通过定义单元类型、集中质量、支承刚度、划分网格，建立转子动力学有限元模型，对转子
‑
支承系统进行临界转速计算。
[0016]在进一步地实施方案中，所述步骤SS2中，支承刚度对临界转速、转子应变能的影响规律为：增大弯曲临界转速可通过增大支承刚度实现，降低转子应变能可通过减小支承刚度实现。
[0017]在进一步地实施方案中，其特征在于，所述步骤SS3中，安全裕度判断标准为：弯曲临界转速应高于最大工作转速，转速裕度≥20％，刚体振型转子应变能≤25％。
[0018]在进一步地实施方案中，所述步骤SS4中，初始通孔直径为拉杆外径的1/2。
[0019]在进一步地实施方案中，所述步骤SS5中，中心拉杆结构尺寸对临界转速的影响规律为：提高临界转速可通过增大拉杆外径D、内径d，缩短拉杆长度l来实现。
[0020]在进一步地实施方案中，所述步骤SS6中，目标函数：Δn
i
≤ε，令ε＝0.01，式中n
mi
为优化后弯曲临界转速，n
max
为最大工作转速的120％；
[0021]约束条件：
[0022]式中：Δδ
criterion
控制在5mm以上，D
criterion
根据结构总体布局进行取值，L
min
、L
min
根据结构总体布局进行取值。
[0023]本专利技术提供了一种转子动力学设计方法，从设计的角度结合支承刚度和转子刚度来改善中心拉杆转子
‑
支承系统的动力学特性。在支承刚度设计的基础上，进一步通过在拉杆上设置通孔，对关键结构参数进行优化设计，能够在基本不改变总体结构布局的前提下，快速迭代优化设计出同时满足临界转速和转子应变能的中心拉杆结构。本专利技术设计方法简单，非常适合工程设计应用，适用范围广，可用于航空发动机、燃气轮机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计。
[0024]说明书附图
[0025]图1为本专利技术实施例的一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计方法流程图；
[0026]图2为本专利技术实施例的一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例的原中心拉杆模型及设置通孔后的中心拉杆示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例的一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统优化前后临界转速对比图。
具体实施方式
[0029]为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。需要说明的是，以下所述仅为本专利技术的较佳实施例，但本专利技术的内容不局限于下面的实施例。实际上，在未背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中进行各种修改和变化，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，意图是本专利技术将这样的修改和变化包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。
[0030]依据如图1所示的实施流程，实现了对某发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学设计，包括以下步骤：
[0031]SS1.基于中心拉杆转子
‑
支承结构的几何模型，如图2所示。通过定义单元类型、集中质量、支承刚度、划分网格，建立转子动力学有限元模型，对转子
‑
支承系统进行临界转速计算。
[0032]SS2.分析不同支承刚度对临界转速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学优化设计方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：SS1.基于中心拉杆转子
‑
支承结构的几何模型，建立转子动力学模型，对转子
‑
支承系统进行临界转速计算；SS2.分析不同支承刚度对临界转速、转子应变能的影响规律，选取合适的支承刚度；SS3.判断弯曲临界转速、转子应变能是否满足转子动力学安全裕度；若否，则进入步骤SS4；若是则进入步骤SS7；SS4.在中心拉杆上设置初始通孔；SS5.判断弯曲临界转速是否满足转子动力学安全裕度，若否，则根据中心拉杆结构尺寸对临界转速的影响规律建立样本点，并进入步骤SS6；若是，则进行步骤SS7；SS6.以中心拉杆外径、内径、长度为优化变量，以临界转速储备裕度为目标函数，以厚度、最大外径、长度范围为约束条件，直至弯曲临界转速大于设计转速，并满足转子动力学安全裕度；SS7.完成转子动力学特性优化设计，得到最终优化后中心拉杆模型。2.根据权利要求1所述的一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学优化设计方法，其特征在于，所述步骤SS1中，基于中心拉杆转子
‑
支承结构的几何模型，通过定义单元类型、集中质量、支承刚度、划分网格，建立转子动力学有限元模型，对转子
‑
支承系统进行临界转速计算。3.根据权利要求1所述的一种发动机中心拉杆转子
‑
支承系统动力学优化设计方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙涛，冯引利，蒋文婷，李佳琦，莫古云，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：