考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，涉及相似缩比实验技术领域，本发明专利技术提出了变幂数的思想并考虑了相似参数的耦合影响规律，提高畸变相似预测的精度，提出了针对转子系统振动响应的变幂数，提高了振动响应的预测精度。考虑到转子系统完全相似缩尺导致的转轴、转盘难以加工的问题，以及支承结构的刚度难以准确满足完全相似条件的问题，将转轴长度与支承刚度同时畸变缩比，针对参数间的耦合影响，提出了考虑耦合影响的变幂数。摆脱了系统控制方程的限制，大大减少了公式推导的工作量，适用于复杂系统的相似模型实验；也无需预先获得原型的振动响应，适用于实际工程中的缩比模型实验问题。适用于实际工程中的缩比模型实验问题。适用于实际工程中的缩比模型实验问题。

【技术实现步骤摘要】
考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法


[0001]本专利技术涉及转子系统
，特别是涉及一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法。

技术介绍

[0002]转子系统广泛应用于大型旋转机械中，如航空发动机、燃气轮机。就航空发动机而言，其转子系统的全部振动特性还未完全掌握，而理论与仿真分析难以准确反映转子系统的振动特性，因此在航空发动机的设计和维护过程中实验研究是必不可少的环节，而且新型号的设计也需要大量的实验验证。然而，由于航空发动机结构复杂、轴向跨度大，直接在全尺寸原型转子系统上开展动力学特性的实验研究往往存在实验周期长、风险大、成本高等问题。针对此问题，一个有效的解决途径是利用相似理论设计相似缩尺模型，其振动特性仍能反映真实发动机振动特性，从而降低实验难度，缩短实验周期，揭示全尺寸原型的动力学特性及参数影响机理，而且相似理论已经广泛应用于大型结构的振动实验中。
[0003]航空发动机转子系统的转轴长径比较大且转盘较薄，按照完全相似关系缩尺会导致转轴过细、转盘过薄，进而难以加工。因此，畸变相似具有更强的工程适用性与实际意义。
[0004]现有的畸变相似方法中，基于敏感性分析的相似方法是利用数据驱动的思想，基于模型的响应与敏感性分析方法，建立原型与模型之间的相似关系；此类方法无需系统的控制方程与相似关系推导，相比依靠系统控制方程的相似方法，很大程度减少了推导工作量。而且也无需预先获得原型的振动响应，相比基于优化算法的相似方法，能够应用于实际工程中，适用于复杂结构的畸变相似。r/>[0005]然而，多个系统参数同时变化对系统响应的影响并不等于这些参数变化的累加，上述基于敏感性分析的相似方法中，如专利技术人在先发表的论文《考虑变幂数的畸变动力学相似试验模型设计方法及试验研究》中，未考虑参数耦合影响，因此，只能进行单一参数缩比的相似预测，且只适用于转子系统临界转速的预测。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，基于全微分理论，推导出了考虑参数间耦合影响的相似关系，可实现多个参数同时按照不同比例缩放，更适用于实际工程。由于振动响应对参数影响比较敏感，考虑参数耦合影响可以实现对于转子系统振动响应的相似预测。
[0007]为此，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，包括：
[0009]S1、获取转子系统原型的几何尺寸参数和材料参数；
[0010]S2、根据实验室环境，确定几何尺寸参数的缩放比例；
[0011]S3、利用耦合变幂数方法建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系，幂数
为随缩放比例变化的函数；所述转子系统的相似关系中多个参数同时按照不同比例缩放；所述相似关系的输入参数为几何尺寸参数的缩放比例，输出参数为振动响应的缩放比例；
[0012]S4、将几何尺寸参数的缩放比例带入所述相似关系，得到振动响应的缩放比例；
[0013]S5、对所述缩比模型进行振动实验，获得的振动响应乘以振动响应的缩放比例，得到所述原型的振动响应。
[0014]进一步地，所述转子系统为航空发动机转子系统。
[0015]进一步地，确定几何尺寸参数的缩放比例，包括：确定转轴长度的缩放比例。
[0016]进一步地，利用耦合变幂数方法建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系，包括：
[0017]建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系；
[0018]根据全微分理论确定所述相似关系中多个参数间耦合影响；所述相似关系中包括各个参数的考虑耦合影响的幂数；
[0019]建立幂函数，确定相似关系中各个参数的幂数。
[0020]进一步地，所述幂函数以m个相似比区间的区间右端点作为输入参数，输出参数为m个幂数，表示为：
[0021][0022]其中，λ
(1)
,
…
,λ
(k)
,
…
,λ
(m)
为相似比区间右端点；a、b为幂函数的系数。
[0023]进一步地，系数a和b通过以下方式确定：
[0024]对幂函数取对数：
[0025][0026]将上式写成矩阵形式：
[0027]B＝AP；
[0028]式中：
[0029][0030]利用最小二乘法，代入输入参数与输出参数，得到系数矩阵P：
[0031]P＝(A
T
A)
‑1A
T
B；
[0032]即可获得系数a和b。
[0033]进一步地，m个相似比区间为：
[0034][0035]其中，为几何参数X
i
的相似比的相似比区间左端点，Δ为几何参数X
i
的相似比
的相似比区间右端点和左端点的差值。
[0036]本专利技术的优点和积极效果：
[0037]1、本专利技术基于全微分理论推导出了考虑参数间耦合影响的相似关系，实现了多个参数同时按照不同比例缩放，对于实际工程有更强的适用性，尤其适用于转子系统这种复杂结构且对参数影响比较敏感的振动响应的相似预测。此外，幂数是相似预测的关键参数，本专利技术将幂数考虑为随缩放比例变化的函数，可实现对于不同的缩放比例的预测结果修正，提高了振动响应的预测精度。
[0038]2、考虑到转子系统完全相似缩尺导致的转轴、转盘难以加工的问题，以及支承结构的刚度难以准确满足完全相似条件的问题，将转轴长度与支承刚度同时畸变缩比，针对参数间的耦合影响，提出了考虑耦合影响的变幂数。
[0039]3、本专利技术摆脱了系统控制方程的限制，适用于复杂系统的相似模型实验；无需基于方程分析推导相似关系，大大减少了公式推导的工作量。
[0040]4、本专利技术无需预先获得原型的振动响应，适用于实际工程中的缩比模型实验问题。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例中动力学相似预测的示意图；
[0043]图2为本专利技术实施例中双转子系统的有限元模型；
[0044]图3为本专利技术实施例中畸变程度最大的原型与模型示意图；
[0045]图4为本专利技术实施例中同向旋转情况下原型的振动响应预测结果示意图；
[0046]图5为本专利技术实施例中同向旋转情况下原型的振动响应预测误差示意图；
[0047]图6为本专利技术实施例中反向旋转情况下原型的振动响应预测结果示意图；
[0048]图7为本专利技术实施例中反向旋转情况下原型的振动响应预测误差示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，其特征在于，包括：S1、获取转子系统原型的几何尺寸参数和材料参数；S2、根据实验室环境，确定几何尺寸参数的缩放比例；S3、利用耦合变幂数方法建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系，幂数为随缩放比例变化的函数；所述转子系统的相似关系中多个参数同时按照不同比例缩放；所述相似关系的输入参数为几何尺寸参数的缩放比例，输出参数为振动响应的缩放比例；S4、将几何尺寸参数的缩放比例带入所述相似关系，得到振动响应的缩放比例；S5、对所述缩比模型进行振动实验，获得的振动响应乘以振动响应的缩放比例，得到所述原型的振动响应。2.根据权利要求1所述的一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，其特征在于，所述转子系统为航空发动机转子系统。3.根据权利要求2所述的一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，其特征在于，确定几何尺寸参数的缩放比例，包括：确定转轴长度的缩放比例。4.根据权利要求2所述的一种考虑耦合变幂数的转子系统振动响应相似缩比实验方法，其特征在于，利用耦合变幂数方法建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系，包括：建立转子系统的原型与缩比模型之间的相似关系；根据全微分理论确定所述相似关系中多个参数间耦合影响；所述相似关系中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，李雷，刘凯宁，周吉来，
申请(专利权)人：东北大学佛山研究生院，
类型：发明
国别省市：