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机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器转子系统的振动特性研究

作　者: 徐敏
导　师: 廖明夫
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 机动飞行附加离心力附加陀螺力矩挤压油膜阻尼器发动机转子振动特性
分类号: V232
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 383次
引　用: 2次
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内容摘要

飞机的机动性是战斗机重要的战术、技术指标之一。飞机所能承受的过载越大，机动性就越好。然而，机动过载将改变飞机发动机转子系统的受力，进而改变系统的振动特性。现今，有不少航空发动机都采用了挤压油膜阻尼器来减小发动机的振动，而挤压油膜阻尼器在机动过载的作用下的运动特性将对发动机转子产生重要影响。为了确保飞机在提高其机动性能的同时还能稳定工作，不发生故障，有必要对机动飞行条件下的发动机转子系统的振动特性进行研究。本文旨在揭示机动飞机产生的附加离心力和附加陀螺力矩对挤压油膜阻尼器以及发动机转子系统振动特性的影响。首先，建立了水平盘旋、俯冲拉起及盘旋+俯冲拉起复合机动三种机动飞行条件下的机动角速度函数，并确定了对应机动飞行条件下的机动附加载荷(附加离心力和附加陀螺力矩)，分析了带刚支的双盘悬臂转子系统在机动飞行条件下的振动特性，发现发动机转子在机动飞行时会发生明显变形；随后，分析了非定心挤压油膜阻尼器的油膜力特性，机动飞行时，油膜轴颈在机动附加载荷的作用下偏离外环中心，使得带定心弹支的挤压油膜阻尼器也变成了非定心挤压油膜阻尼器，其非定心挤压油膜力是瞬态时变的，并且与SFD油膜轴颈偏移量和进动形态有关；然后，在经典的Jeffcott转子系统中引入带定心弹支的挤压油膜阻尼器，分析了机动飞行时非线性转子系统的振动特性，发现挤压油膜阻尼器油膜力的非协调特性也反映到转子系统的振动响应中；之后，对机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器的双盘悬臂转子系统的振动特性进行了分析，并重点分析、总结了俯冲拉起机动飞行时，系统结构参数(SFD数目、刚度比等)和工作状态参数(转速比、机动飞行半径、机动角速度等)对该系统振动特性的影响。提出用极坐标表征转子振动特性的方法，可以更直观、全面地反映转子的振动幅度、机动飞行时的静态偏移以及偏摆角。研究结果表明，机动飞行所产生的附加离心力和附加陀螺力矩对发动机转子振动的影响是明显的。因此，在设计战斗机的发动机转子系统时，必须考虑机动飞行的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 本文的研究背景和意义  9-11
    1.1.1 挤压油膜阻尼器在航空发动机上的应用  9-10
    1.1.2 机动飞行对发动机振动的影响  10-11
  1.2 挤压油膜阻尼器研究历史及现状  11-16
  1.3 本文内容简介  16-18
第二章机动飞行条件下线性双盘悬臂转子系统的振动特性  18-37
  2.1 前言  18
  2.2 机动飞行条件  18-24
    2.2.1 飞行过程Ⅰ  20-22
    2.2.2 飞行过程Ⅱ  22-23
    2.2.3 飞行过程Ⅲ  23-24
  2.3 转子系统模型及其运动方程  24-27
  2.4 振动特性分析  27-36
    2.4.1 匀速直线飞行  27-29
    2.4.2 飞行过程Ⅰ  29-32
    2.4.3 飞行过程Ⅱ  32-34
    2.4.4 飞行过程Ⅲ  34-36
  2.5 小结  36-37
第三章非定心挤压油膜阻尼器油膜力分析  37-49
  3.1 前言  37
  3.2 非定心挤压油膜阻尼器的运动分析  37-43
    3.2.1 挤压油膜阻尼器工作原理  37-38
    3.2.2 非定心挤压油膜阻尼器油膜的厚度  38-39
    3.2.3 同心进动与非同心进动  39-43
  3.3 短轴承近似理论计算油膜力  43-45
  3.4 油膜力特性分析  45-48
    3.4.1 定心挤压油膜阻尼器油膜力特性  45-46
    3.4.2 非定心挤压油膜阻尼器油膜力特性  46-48
  3.5 小结  48-49
第四章机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器的Jeffcott转子系统的振动特性  49-70
  4.1 前言  49
  4.2 Jeffcott转子系统模型及其参数  49-50
  4.3 机动飞行的形式及其描述  50-52
    4.3.1 飞行过程Ⅰ  51-52
    4.3.2 飞行过程Ⅱ  52
    4.3.3 飞行过程Ⅲ  52
  4.4 转子系统运动微分方程  52-55
  4.5 Jeffcott转子系统振动特性分析  55-69
    4.5.1 匀速直线飞行  55-58
    4.5.2 飞行过程Ⅰ  58-61
    4.5.3 飞行过程Ⅱ  61-66
    4.5.4 飞行过程Ⅲ  66-69
  4.6 小结  69-70
第五章机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器双盘悬臂转子系统的振动特性  70-96
  5.1 前言  70
  5.2 转子系统的运动微分方程  70-74
  5.3 振动特性分析  74-94
    5.3.1 平飞  75-77
    5.3.2 飞行过程Ⅰ  77-83
    5.3.3 飞行过程Ⅱ  83-92
    5.3.4 飞行过程Ⅲ  92-94
  5.4 小结  94-96
第六章参数分析  96-121
  6.1 前言  96
  6.2 参数分析  96-120
    6.2.1 转速比的影响  97-100
    6.2.2 刚度比的影响  100-104
    6.2.3 俯冲拉起半径的影响  104-108
    6.2.4 俯冲拉起角速度的影响  108-112
    6.2.5 最大偏移量  112-114
    6.2.6 转子振动的极坐标综合表征  114-120
  6.3 小结  120-121
第七章结论与展望  121-124
  7.1 本文的研究结论  121-122
  7.2 本文的主要工作与贡献  122
  7.3 工作展望  122-124
致谢  124-125
附录A: Booker积分  125-126
附录B: 双盘悬臂转子系统刚度阵的推导  126-134
附录C: 方程的无量纲化  134-135
参考文献  135-141
攻读博士学位期间发表的论文  141-142

机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器转子系统的振动特性研究

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