一种发动机转子动力学设计方法技术

本发明专利技术公开了一种发动机转子动力学设计方法,其技术方案要点是,该发动机转子动力学设计方法包括确定鼠笼结构参数和油膜结构参数，根据鼠笼刚度和油膜刚度计算弹支刚度，根据弹支刚度计算发动机模态，根据发动机模态评定模态危险性，根据模态危险性评级评估转子动力学参数。该发动机转子动力学设计方法对高转速、长跨距超临界发动机转子进行模态共振危害性的评级，基于共振模态危害性评级设计发动机转子临界转速，采用鼠笼和挤压油膜阻尼器实现发动机的减振和弹支刚度的设计，解决了高转速、大功率、长跨距发动机转子临界转速裕度难以满足要求，过临界时振动较大的问题。过临界时振动较大的问题。过临界时振动较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机转子动力学设计方法


[0001]本专利技术属于发动机设计领域，具体涉及一种发动机转子动力学设计方法。

技术介绍

[0002]对于高转速的航空发动机，采用长跨距设计时，发动机转子往往需要跨临界工作。这极大地增加了发动机的转子动力学设计的难度，一方面，跨临界难以满足发动机的临界转速裕度要求；另一方面，发动机转速在过临界时容易出现振动大的情况，这种情况严重影响了发动机的安全，尤其发动机功率较大的时候。发动机跨临界设计没有考虑不同模态共振的危害性。
[0003]发动机转子常采用鼠笼弹支来实现发动机的支承刚度设计，为降低发动机振动水平，增加发动机的阻尼，一般会将挤压油膜阻尼器与鼠笼结合使用。目前的设计方法主要是通过调节支承系统的刚度来改变发动机的临界转速。发动机临界转速的设计方法未考虑鼠笼
‑
挤压油膜阻尼器的结构参数与发动机模态振型的关系，也没有考虑鼠笼
‑
挤压油膜阻尼器对发动机转子不同模态减振效果的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种发动机转子动力学设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种转子动力学设计方法，包括如下步骤：确定鼠笼结构参数和油膜结构参数，根据鼠笼刚度和油膜刚度计算弹支刚度，根据弹支刚度计算发动机模态，根据发动机模态评定模态危险性，根据模态危险性评级评估转子动力学参数。
[0007]进一步，所述鼠笼结构参数包括鼠笼材料的弹性模量E、笼条数目n、笼条宽度b、鼠笼长度l和鼠笼厚度h，所述鼠笼刚度K1根据所述鼠笼结构参数计算得到：
[0008][0009]进一步，所述油膜结构参数设计选择挤压油膜器的参数，所述挤压油膜器的参数主要包括油膜半径间隙c、轴颈半径R和阻尼器长度L，所述油膜刚度K2根据所述挤压油膜器的参数计算得到：
[0010][0011]其中，μ为滑油粘度，Ω为轴颈进动角速度，ε为偏心率。
[0012]进一步，所述弹支刚度为鼠笼与挤压油膜阻尼器串联系统的耦合刚度，其中所述弹支刚度K根据所述鼠笼刚度和油膜刚度计算得到：
[0013]K＝K1+K2。
[0014]所述弹支刚度结合鼠笼和挤压油膜阻尼器，有效降低发动机振动。
[0015]进一步，所述根据弹支刚度计算发动机模态具体包括：建立发动机的有限元模型和进行转子动力学计算。
[0016]进一步，所述转子动力学计算的参数包括发动机工作转速的临界转速、模态振型和模态应变能分布。
[0017]进一步，所述模态危害性评级根据转子过临界的危险性分为两类：A类模态和B类模态，所述A类模态弹支挤压油膜阻尼器的减振效果较差，过临界的风险较大，所述B类模态弹支挤压油膜阻尼器的减振效果较好，过临界的风险较小。
[0018]进一步，所述A类模态和B类模态由发动机转子应变能与弹支应变能的比值确定。
[0019]进一步，所述弹支应变能为鼠笼与挤压油膜阻尼器总应变能。
[0020]进一步，所述转子动力学评估是在模态危害性评级基础上设计发动机临界转速。所述模态危害性评级允许发动机在发动机工作转速范围内存在危害性较小的模态，将危害较大的转子模态设计在最大工作转速之上。
[0021]进一步，所述发动机转子动力学设计方法包括评估结果分析与弹支参数优化，所述评估结果分析包括：根据转子动力学参数评估结果确定临界转速是否满足要求，若不满足要求则进行弹支参数优化以及迭代，完成所述转子动力学设计方法步骤直至满足设计要求，所述弹支参数优化为鼠笼和挤压油膜阻尼器参数的进一步优化。
[0022]本专利技术的技术效果和优点：该发动机转子动力学设计方法对高转速、长跨距的超临界发动机转子进行模态共振危害性的评级，允许发动机在发动机工作转速范围内存在危害性较小的模态，将危害较大的转子模态设计在最大工作转速之上，考虑弹性支承的减振作用，采用鼠笼和挤压油膜阻尼器的形式来实现发动机的减振和弹性支承刚度的设计，该转子动力学设计解决了现有方法中高转速、大功率、长跨距发动机转子临界转速裕度难以满足要求和过临界时振动较大的问题。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的流程图；
[0024]图2为本专利技术的发动机转子示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本专利技术提供了如图1所示的一种发动机转子动力学设计方法。
[0027]所述发动机转子动力学设计方法包括如下步骤：确定鼠笼结构参数和油膜结构参数；根据鼠笼刚度和油膜刚度计算弹支刚度；根据弹支刚度计算发动机模态；根据发动机模态评定模态危险性；根据模态危险性评级评估转子动力学参数。
[0028]所述发动机转子动力学设计方法主要针对高转速、大功率、长跨距的发动机转子。所述发动机总体布局包括发动机跨距、支承数量、弹性支承方案的选择。所述发动机转子动力学设计方法采用鼠笼与挤压油膜阻尼器的形式实现发动机的减振和弹性支承刚度的设
计。
[0029]所述鼠笼结构参数包括鼠笼材料的弹性模量E、笼条数目n、笼条宽度b、鼠笼长度l和鼠笼厚度h，所述鼠笼的刚度K1根据所述鼠笼结构参数计算得到：
[0030][0031]所述鼠笼结构参数设计选择弹支鼠笼的材料和结构参数。
[0032]所述油膜结构参数选择挤压油膜器的参数，所述挤压油膜器的参数主要包括油膜半径间隙c、轴颈半径R和阻尼器长度L，所述油膜刚度K2根据挤压油膜阻尼器的参数计算得到：
[0033][0034]其中，μ为滑油粘度，Ω为轴颈进动角速度，ε为偏心率。
[0035]所述弹支刚度为鼠笼与挤压油膜阻尼器串联系统的耦合刚度，其中所述弹支刚度K根据所述鼠笼刚度和油膜刚度计算得到：
[0036]K＝K1+K2。
[0037]所述根据弹支刚度计算发动机模态具体包括：建立发动机的有限元模型和进行转子动力学计算。所述弹支刚度为鼠笼与挤压油膜阻尼器串联系统的耦合刚度。所述转子动力学计算的参数包括发动机工作转速范围附近及以内的临界转速、模态振型和模态应变能分布。
[0038]所述模态危害性评级根据转子过临界的危险性分为两类：A类模态和B类模态，所述A类模态弹支挤压油膜阻尼器的减振效果较差，过临界的风险较大，所述B类模态弹支挤压油膜阻尼器的减振效果较好，过临界的风险较小。所述A类模态和B类模态由发动机转子应变能与弹支应变能的比值确定。所述弹支应变能为鼠笼与挤压油膜阻尼器总应变能。所述A类模态根据所述发动机转子应变能与所述鼠笼与挤压油膜阻尼器总应变能比值大于临界值判别。所述B类模态根据所述发动机转子应变能与所述鼠笼与挤压油膜阻尼器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机转子动力学设计方法，其特征在于：所述转子动力学设计方法包括如下步骤：确定鼠笼结构参数和油膜结构参数；根据鼠笼刚度和油膜刚度计算弹支刚度；根据弹支刚度计算发动机模态；根据发动机模态评定模态危险性；根据模态危险性评级评估转子动力学参数。2.根据权利要求1所述的发动机转子动力学设计方法，其特征在于：所述鼠笼结构参数包括鼠笼材料的弹性模量E、笼条数目n、笼条宽度b、鼠笼长度l和鼠笼厚度h，所述鼠笼刚度K1根据所述鼠笼结构参数计算得到：3.根据权利要求1所述的发动机转子动力学设计方法，其特征在于：所述油膜结构参数设计选择挤压油膜器的参数，所述挤压油膜器的参数主要包括油膜半径间隙c、轴颈半径R和阻尼器长度L，所述油膜刚度K2根据挤压油膜器的参数计算得到：其中，μ为滑油粘度，Ω为轴颈进动角速度，ε为偏心率。4.根据权利要求1
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3任一所述的发动机转子动力学设计方法，其特征在于：所述弹支刚度为鼠笼与挤压油膜阻尼器串联系统的耦合刚度，其中所述弹支刚度K根据所述鼠笼刚度和油膜刚度计算得到：K＝K1+K2。5.根据权利要求4所述的发动机转子动力学设计方法，其特征在于：所述根据弹支刚度计算发动机模态具体包括：建立发动机的有限元模型和进行转子动力学计算。6.根据权利要求5所述的发动机转子动力学设...

【专利技术属性】
技术研发人员：包幼林，李平君，张立章，高洁，李立新，吕启航，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：