大機動飛行條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性及振動抑制研究

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1、中圖分類號：V231.96論文編號：102870218-S071學(xué)科分類號：082502碩士學(xué)位論文大機動飛行條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性及振動抑制研究研究生姓名張鵬學(xué)科、專業(yè)航空宇航推進理論與工程研究方向航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度振動指導(dǎo)教師羅貴火副教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動力學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandpowerEngineeringResearchonRotorDynamicCharacteristicsandVibrationReduc

2、tionunderLargeManeuveringConditionAThesisinAerospaceandAstronauticsPropulsionTheoryandEngineeringbyZhangPengAdvisedbyAssociateProfessorLuoGuihuoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不

3、包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文以無人機機動轉(zhuǎn)彎和螺旋前進機動動作為研究背景，以二支點雙盤懸臂試驗器轉(zhuǎn)子為研究對象，開展大機動條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模方法、含鼠籠支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性、含軸承支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)特性、擠壓油膜阻尼器適用性等方面的研究，以期為大機動條件下轉(zhuǎn)子動力特性研究提供方法和設(shè)計參考，并為轉(zhuǎn)子大機動過

4、載試驗器的設(shè)計提供理論依據(jù)。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：（1）依據(jù)Lagrange能量法，推導(dǎo)了機動飛行條件下轉(zhuǎn)子有限元梁單元建模方法。依據(jù)固定界面模態(tài)綜合法，對模型自由度數(shù)目進行了縮減，為機動條件下轉(zhuǎn)子有限元建模及響應(yīng)求解效率的提高奠定了理論基礎(chǔ)。（2）以含鼠籠支承的線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對象，研究了機動轉(zhuǎn)彎和螺旋前進機動動作對轉(zhuǎn)子響應(yīng)的影響，分析了轉(zhuǎn)子響應(yīng)隨各機動參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：機動轉(zhuǎn)彎載荷會使轉(zhuǎn)子響應(yīng)軌跡產(chǎn)生一定的靜偏心，螺旋前進載荷不僅會使轉(zhuǎn)子響應(yīng)出現(xiàn)靜偏心，還會產(chǎn)生類似“擬周期”特征。對于機動轉(zhuǎn)彎動作，機動轉(zhuǎn)彎過載是影響轉(zhuǎn)子響應(yīng)的主要機動參數(shù)；對于螺旋前進動作，螺旋機動過

5、載和螺旋角度是影響轉(zhuǎn)子響應(yīng)的主要機動參數(shù)。（3）分析了機動轉(zhuǎn)彎和螺旋前進條件下，含軸承支承的非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)特性。結(jié)果表明：考慮軸承非線性特性，機動載荷會使軸承剛度增大，產(chǎn)生附加剛度效應(yīng)，并使軸承剛度呈正交不對稱，進而使轉(zhuǎn)子軸心軌跡出現(xiàn)正交不對稱；此外，轉(zhuǎn)子響應(yīng)會出現(xiàn)擬周期現(xiàn)象，響應(yīng)中包含與軸承相關(guān)的頻率成分，隨著機動過載的增大，有些頻率成分會減小甚至消失；在螺旋前進動作中，隨著螺旋角度的增加，轉(zhuǎn)子響應(yīng)軸心軌跡包絡(luò)線會更加趨近橢圓。（4）大機動飛行過程包括機動和平飛兩種環(huán)境，綜合考慮這兩種使用環(huán)境，分析了阻尼器各參數(shù)對偏心率的影響，并以本文雙盤懸臂轉(zhuǎn)子為研究對象，對大機動條件下擠壓油膜

6、阻尼器的適用性開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)：機動過載使阻尼器產(chǎn)生靜偏心，過大的靜偏心會使阻尼器長期在偏心率0.4以上工作；適當增加彈支剛度、油膜寬度和油膜間隙，可以降低大機動過載條件下阻尼器的偏心率，但過大的彈支剛度和油膜間隙又會使阻尼器偏心率在平飛條件下出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象，通過減小轉(zhuǎn)子不平衡量的方式，能夠有效抑制阻尼器偏心率跳躍現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)上述規(guī)律，綜合分析機動和平飛條件下阻尼器的動力特性，發(fā)現(xiàn)對于本文轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，擠壓油膜阻尼器在大機動條件下很難適用。（5）提出了轉(zhuǎn)子大機動過載試驗器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對試驗器各主要部件的參數(shù)進行了分析、選取與校核，設(shè)計方案在結(jié)構(gòu)方面為后續(xù)試驗器的建立提供了理論基礎(chǔ)。

7、綜上所述，本文推導(dǎo)了機動條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元建模方法，研究了大機動條件下線性轉(zhuǎn)子I大機動飛行條件下轉(zhuǎn)子動力特性及振動抑制研究系統(tǒng)以及含軸承非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)規(guī)律，探究了大機動條件下擠壓油膜阻尼器的適用性，提出了大機動過載試驗器的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步方案。研究結(jié)果對大機動條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計、復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性的研究以及模擬大機動過載試驗的探究具有重要的理論指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：梁單元，機動轉(zhuǎn)彎，螺旋前進，大機動過載，雙盤懸臂轉(zhuǎn)子II南京航空