[发明专利]一种风扇转子试验模型的动力学特性相似设计方法

摘要

一种风扇转子实验模型动力学特性相似设计方法，首先建立低压转子实验器的有限元模型，计算其模态特性。然后建立风扇转子实验模型，确定实验模型中风扇转子左右支点支承刚度、低压涡轮转子简化段转轴内外径及转轴上轮盘质量、直径转动惯量对此模型模态特性的影响规律。最后根据上述所得规律，调节各参数使风扇转子实验模型中风扇转子的动力学特性与低压转子系统中风扇转子的动力学特性一致。本发明在设计风扇转子实验器时，考虑了低压涡轮转子对风扇转子的耦合作用，将低压涡轮转子进行简化，通过上述相似设计获得了风扇转子实验模型设计过程中调整模态方法的一般性结论。便于对航空发动机风扇转子系统真实特性的研究。

主权项

1.一种风扇转子试验模型动力学特性相似设计方法，其特征在于，包括步骤如下：第一步：建立低压转子试验器有限元模型并计算其模态特性，采用有限元法对含套齿联轴器的低压转子系统建模时，将套齿联轴器视为两个重合的结点，结点处的横向和转角刚度分别为套齿联轴器的横向和转角刚度；设风扇转子的第i节点与低压涡轮转子的第j节点用套齿联轴器联结，联轴器的径向刚度为Kr，角向刚度为Kt，设风扇转子第i节点的位移为：xi、yi、θix、θiy，低压涡轮转子第j个节点的位移为xj、yj、θjx、θjy；则作用在风扇转子节点i上的力和力矩Fix、Fiy、Mix、Miy为：作用在低压涡轮转子节点j上的力和力矩与作用在风扇转子节点i上的力和力矩大小相等方向相反；此低压转子系统的耦合刚度矩阵Kc为：此低压转子系统的无阻尼自由振动微分方程为：式中，K₁，M₁为风扇转子系统的刚度矩阵和质量矩阵；K₂，M₂为低压涡轮转子系统的刚度矩阵和质量矩阵；x为系统的广义位移向量；为系统的广义加速度向量；对转子系统求解方程(4)即可得到低压转子系统的模态特性；第二步：建立风扇转子试验模型，将风扇转子系统右端通过套齿联轴器联结一段轴与一个轮盘用以模拟低压涡轮转子对风扇转子的作用；第三步：确定风扇转子试验模型中风扇转子左右支点支承刚度对其模态影响规律；第四步：确定风扇转子右端所连低压涡轮转子简化轴段内外径对其模态影响规律；第五步：确定风扇转子右端所连低压涡轮转子简化轴段上轮盘质量、直径转动惯量对其模态影响规律；第六步：根据上述各参数对风扇转子模态的影响规律，协调调节各参数，选出使风扇转子试验模型中风扇转子与低压转子系统中风扇转子动力特性相似的各个参数。