航空发动机盘鼓式转子振动引起的疲劳问题研究

【类型】学位论文

【作者】董延阳 

【关键词】 航空发动机 转子 疲劳寿命 瞬态动力学 非对称支承

【摘要】航空发动机作为飞机的心脏,直接关系着飞机的性能,而航空发动机转子,更是燃气轮机的关键部件,其复杂的结构组成,以及恶劣的工作环境,导致转子在工作中易发生低周疲劳、高周疲劳、热疲劳、蠕变、腐蚀、摩擦等多种损耗,严重影响航空发动机的安全性。由于转子工作中常承受循环载荷,因此疲劳失效为其最常见的失效形式。军用飞机常常为适应实际战斗的多变性,需要频繁的启停并在多种工况间快速切换,当转子工况发生变化时,一方面随着燃气与转子间的温差增大,转子启停循环中将在应力集中处出现交变热应力;另一方面转子在过临界转速时由于振幅的突增和突降,将产生较大的交变机械应力,这些均导致转子产生疲劳损耗。现有的研究多集中在转子热应力引起的疲劳问题,而关于转子振动对其疲劳寿命影响的研究较少,因此开展航空发动机转子振动引起的疲劳问题研究很有意义。本文建立了瞬态转子动力学模型,采用数值积分的方法获得转子不同瞬态启停过程的不平衡响应,得到了转子在对称支承和非对称支承时不同不平衡量及启动速度下的瞬态动力学特性。在此基础上,分析了转子交变机械应力产生的机理,并结合“临界平面法”和雨流计数法获得了转子对称支承和非对称支承下的低周疲劳寿命,探讨了不平衡量大小和支承对称性对转子低周疲劳寿命的影响。建立了转子的轴对称有限元模型,仿真得到转子稳态运行时的温度分布及热应力和离心力引起的静应力分布,结合非对称支承下转子产生的交变应力结果,计算了转子不同不平衡量大小和支承对称性下转子的高周疲劳寿命。通过本文的研究,分析了航空发动机转子瞬态启停时的振动情况,探讨了启动时间、转子不平衡量和转子支承对称性对其瞬态动力学特性的影响;获得了不同启动条件下转子的低周疲劳寿命和高周疲劳寿命。研究发现转子的不对称性将导致转子的低周疲劳寿命大幅减小,并引起航空发动机转子出现高周疲劳。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘占生

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