航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究進展與展望

門艷杰

摘 要：航空發(fā)動機與航空設(shè)備的運行有著直接關(guān)聯(lián)，為了促進我國航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，促使該領(lǐng)域不斷有新的血液融入，相關(guān)人員需要不斷加強研究力度。航空航天領(lǐng)域是我國科研工作的重要內(nèi)容，我國政府部門對此非?？粗?，每一年都會投入大量的科研資金。經(jīng)過科研人員長時間的努力和付出，我國航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究取得了非?？捎^的成就，同時也在向著更深層次的領(lǐng)域快速發(fā)展。本文就是對航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究進展和展望進行深入探究，希望對相關(guān)人員有所啟示，促進我國航空航天領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：航空航天；發(fā)動機；整機動力學(xué)；進展

通過對航空發(fā)動機運行狀態(tài)進行深入調(diào)查可以了解到，發(fā)動機實際工作中會受到氣動和機械激振等眾多因素影響，從而導(dǎo)致發(fā)動機產(chǎn)生故障問題，降低了航空航天設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。如何避免外界因素對航空發(fā)動機造成的不良干擾，促進航空發(fā)動機抗干擾性能提升已經(jīng)逐漸成為航空航天領(lǐng)域的熱點研究課題。所以對于航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究進展與展望進行探討是具有現(xiàn)實意義的，下面就對相關(guān)內(nèi)容進行詳細闡述。

1 航空發(fā)動機整機動力學(xué)的研究進展

1.1 雙轉(zhuǎn)子固有特性研究

對于雙轉(zhuǎn)子運行進行分析，高壓和低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度是根據(jù)二者工作線而不斷發(fā)生改變的，需要明確工作線與內(nèi)部和外部兩個轉(zhuǎn)子發(fā)動機臨界轉(zhuǎn)速必行會存在交點，這個交點也就是雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機在實際運行過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速點。以往科研工作人員對于發(fā)動機臨界轉(zhuǎn)速的計算方式主要是采用遞矩陣法等，對過于復(fù)雜的動力反應(yīng)進行科學(xué)計算。但是應(yīng)用的計算方式具有很大局限性，在高階臨轉(zhuǎn)素計算過程中會存在較大的誤差。為了提升轉(zhuǎn)速值計算的精準性，新時期眾多科研工作人員都在積極地對雙轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進行改進和研究。經(jīng)過長時間的專研，科研工作人員創(chuàng)造出了帶軸間軸承雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并且依據(jù)相應(yīng)數(shù)值進行仿真實驗，分析外部和外部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度存在的差值對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行造成的影響進行了深入探究，并且得知，可以依據(jù)內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度的臨界點，從而確定雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。

還需要注重的就是雙轉(zhuǎn)子耦合方面的研究，因為內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子的震動會導(dǎo)致承軸出發(fā)生耦合情況，而限制耦合情況的重要因素就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度與二者之間的比值。所以因為耦合問題導(dǎo)致雙轉(zhuǎn)子動力系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，也是航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究中的重點內(nèi)容。熊純等科研工作者對雙轉(zhuǎn)子的動平衡問題進行了深入研究，并且依據(jù)專業(yè)理論對計算模型進行了構(gòu)建。研究過程中對一個轉(zhuǎn)子和兩個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度的比值進行合理設(shè)定，在對內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子施加不平衡的情況下，取得內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子上任意部位的振動數(shù)值，將利用影響系數(shù)法進行分析，使得動平衡研究領(lǐng)域取得了巨大進展[1]。

1.2 轉(zhuǎn)子-滾動軸承的系統(tǒng)動力學(xué)

航空發(fā)動機整機運行過程中，滾動承軸的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會涉及分岔、混沌等眾多非線性的振動情況。所以科研工作人員有必要將科研目光投入到轉(zhuǎn)子-滾動軸承的系統(tǒng)動力學(xué)研究中去，對非線性動力學(xué)情況產(chǎn)生的根本原因進行解釋。科研工作者在深入分析航空發(fā)動機整機運動慣性和阻尼的基礎(chǔ)上，對發(fā)動機的變剛度情況進行了深入研究，分析了因為變剛度所導(dǎo)致的非線性振動現(xiàn)象產(chǎn)生。在對稱簡支條件下對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行簡化，構(gòu)建旋轉(zhuǎn)荷載下可以穩(wěn)定運行的單一化滾動軸承，對轉(zhuǎn)子非線性振動現(xiàn)象的產(chǎn)生進行深入研究，并且采用數(shù)值套入的方式對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實際運行過程中產(chǎn)生的亞諧波和混沌現(xiàn)象進行更深層次的研究[2]。

1.3 轉(zhuǎn)子葉片振動研究

科研工作人員對轉(zhuǎn)子葉片的運行進行深入研究了解到，如果轉(zhuǎn)子葉片在某一階級產(chǎn)生的倍頻，與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有的激振力頻率具有一致性，那么轉(zhuǎn)子葉片就會有共振情況產(chǎn)生。此階段，受到發(fā)動機高性能和高質(zhì)結(jié)構(gòu)要求的限制，就會使得轉(zhuǎn)子葉片就會產(chǎn)生相應(yīng)的自激振動，從而致使轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生裂縫，對航空發(fā)動機系統(tǒng)造成嚴重損害。張大義等科研工作人員以渦扇發(fā)動機的運行原理為基礎(chǔ)，對致使轉(zhuǎn)子葉片受到嚴重破壞的根本原因進行了探究。經(jīng)過大量研究和認證表明，如果發(fā)動機離散噪聲強度過高，會對航空發(fā)動機整機結(jié)構(gòu)造成嚴重破壞，同時也包括轉(zhuǎn)子葉片。通常情況下因為疲勞破壞所產(chǎn)生的離散噪聲在0.1～1kHz范圍內(nèi)，航空發(fā)動機自身運轉(zhuǎn)也會導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生，其范圍也是在0.1～1kHz范圍內(nèi)。所以轉(zhuǎn)子在運行的過程容易產(chǎn)生共振，導(dǎo)致航空發(fā)動機包括轉(zhuǎn)子葉片在內(nèi)的整機結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞。受到噪聲的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生振動，從而加重了機械構(gòu)件的損耗，縮減了轉(zhuǎn)子葉片機械構(gòu)件的應(yīng)用年限[3]。

2 航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究展望

我國眾多科研工作人員不能只是滿足于現(xiàn)階段所取得的科研成果，還需要不斷地加強研究力度，為我國航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展輸入更多生命力。在日后的研究中，科研工作人員必定會重點研究航空發(fā)動機簡化模型。通過上文敘述內(nèi)容可以了解到，在航空發(fā)動機實際運行存在著復(fù)雜和非線性的特征，航空發(fā)動機的全面研究具有很高難度性。但是如果科研工作人員可以從航空發(fā)動機自身的結(jié)構(gòu)和運行特點為切入點，利用專業(yè)的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗，對航空發(fā)動機系統(tǒng)進行簡化處理，從而創(chuàng)建出可以清晰呈現(xiàn)航空發(fā)動機動力學(xué)行為，以及動力學(xué)行為變化的科學(xué)模型。以這一模型為基礎(chǔ)，科研工作者可以較為容易地找尋航空發(fā)動機行為或者是某一現(xiàn)象在設(shè)定參數(shù)下的發(fā)展規(guī)律。除此之外，航空發(fā)動機整機參數(shù)集成也是日后研究的重點內(nèi)容，因為發(fā)動機實際運行中受到影響的因素眾多，而且這些因素復(fù)雜多變。所以科研工作者可以對整機參數(shù)進行精細化模型建設(shè)，從容對參數(shù)變化對航空發(fā)動機運行影響進行全面分析。

3 結(jié)語

經(jīng)過長時間科學(xué)研究，我國在航東發(fā)動機整機動力學(xué)方面已經(jīng)取得了非常可觀的成績。但是眾多科研工作人員還需要進一步加強研究力度，明確航空發(fā)動機整機動力學(xué)研究發(fā)展趨勢。使得我國航空發(fā)動機動力學(xué)研究可以發(fā)展到一個新的高度，為促進我國航空航天領(lǐng)域發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]史峰，杜建標，程禮.雙轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究[J].機械與電子，2011（10）：56-58.

[2]熊純，都昌兵.雙轉(zhuǎn)子航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子動平衡研究[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（02）：33-36.

[3]陳果.雙轉(zhuǎn)子航空發(fā)動機整機振動建模與分析[J].振動工程學(xué)報，2011（13）：619-632.