航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展與展望

門艷杰

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)與航空設(shè)備的運(yùn)行有著直接關(guān)聯(lián)，為了促進(jìn)我國(guó)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(qiáng)研究力度。航空航天領(lǐng)域是我國(guó)科研工作的重要內(nèi)容，我國(guó)政府部門對(duì)此非常看重，每一年都會(huì)投入大量的科研資金。經(jīng)過科研人員長(zhǎng)時(shí)間的努力和付出，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究取得了非常可觀的成就，同時(shí)也在向著更深層次的領(lǐng)域快速發(fā)展。本文就是對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展和展望進(jìn)行深入探究，希望對(duì)相關(guān)人員有所啟示，促進(jìn)我國(guó)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(dòng)機(jī)；整機(jī)動(dòng)力學(xué)；進(jìn)展

通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行深入調(diào)查可以了解到，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作中會(huì)受到氣動(dòng)和機(jī)械激振等眾多因素影響，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障問題，降低了航空航天設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。如何避免外界因素對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)造成的不良干擾，促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)抗干擾性能提升已經(jīng)逐漸成為航空航天領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。所以對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展與展望進(jìn)行探討是具有現(xiàn)實(shí)意義的，下面就對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)展

1.1 雙轉(zhuǎn)子固有特性研究

對(duì)于雙轉(zhuǎn)子運(yùn)行進(jìn)行分析，高壓和低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)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?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速必行會(huì)存在交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)也就是雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速點(diǎn)。以往科研工作人員對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算方式主要是采用遞矩陣法等，對(duì)過于復(fù)雜的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。但是應(yīng)用的計(jì)算方式具有很大局限性，在高階臨轉(zhuǎn)素計(jì)算過程中會(huì)存在較大的誤差。為了提升轉(zhuǎn)速值計(jì)算的精準(zhǔn)性，新時(shí)期眾多科研工作人員都在積極地對(duì)雙轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行改進(jìn)和研究。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)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(dòng)力學(xué)模型，并且依據(jù)相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分析外部和外部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度存在的差值對(duì)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行造成的影響進(jìn)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(dòng)速度的臨界點(diǎn)，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?yàn)閮?nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子的震動(dòng)會(huì)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(dòng)速度與二者之間的比值。所以因?yàn)轳詈蠁栴}導(dǎo)致雙轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，也是航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究中的重點(diǎn)內(nèi)容。熊純等科研工作者對(duì)雙轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡問題進(jìn)行了深入研究，并且依據(jù)專業(yè)理論對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行了構(gòu)建。研究過程中對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度的比值進(jìn)行合理設(shè)定，在對(duì)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(dòng)數(shù)值，將利用影響系數(shù)法進(jìn)行分析，使得動(dòng)平衡研究領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展[1]。

1.2 轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)運(yùn)行過程中，滾動(dòng)承軸的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會(huì)涉及分岔、混沌等眾多非線性的振動(dòng)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(dòng)軸承的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究中去，對(duì)非線性動(dòng)力學(xué)情況產(chǎn)生的根本原因進(jìn)行解釋。科研工作者在深入分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)運(yùn)動(dòng)慣性和阻尼的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的變剛度情況進(jìn)行了深入研究，分析了因?yàn)樽儎偠人鶎?dǎo)致的非線性振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生。在對(duì)稱簡(jiǎn)支條件下對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，構(gòu)建旋轉(zhuǎn)荷載下可以穩(wěn)定運(yùn)行的單一化滾動(dòng)軸承，對(duì)轉(zhuǎn)子非線性振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生進(jìn)行深入研究，并且采用數(shù)值套入的方式對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的亞諧波和混沌現(xiàn)象進(jìn)行更深層次的研究[2]。

1.3 轉(zhuǎn)子葉片振動(dòng)研究

科研工作人員對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的運(yùn)行進(jìn)行深入研究了解到，如果轉(zhuǎn)子葉片在某一階級(jí)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(huì)有共振情況產(chǎn)生。此階段，受到發(fā)動(dòng)機(jī)高性能和高質(zhì)結(jié)構(gòu)要求的限制，就會(huì)使得轉(zhuǎn)子葉片就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的自激振動(dòng)，從而致使轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生裂縫，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。張大義等科研工作人員以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理為基礎(chǔ)，對(duì)致使轉(zhuǎn)子葉片受到嚴(yán)重破壞的根本原因進(jìn)行了探究。經(jīng)過大量研究和認(rèn)證表明，如果發(fā)動(dòng)機(jī)離散噪聲強(qiáng)度過高，會(huì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，同時(shí)也包括轉(zhuǎn)子葉片。通常情況下因?yàn)槠谄茐乃a(chǎn)生的離散噪聲在0.1～1kHz范圍內(nèi)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)自身運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)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(yùn)行的過程容易產(chǎn)生共振，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)包括轉(zhuǎn)子葉片在內(nèi)的整機(jī)結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。受到噪聲的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生振動(dòng)，從而加重了機(jī)械構(gòu)件的損耗，縮減了轉(zhuǎn)子葉片機(jī)械構(gòu)件的應(yīng)用年限[3]。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究展望

我國(guó)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(qiáng)研究力度，為我國(guó)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(huì)重點(diǎn)研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型。通過上文敘述內(nèi)容可以了解到，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行存在著復(fù)雜和非線性的特征，航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)為切入點(diǎn)，利用專業(yè)的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，從而創(chuàng)建出可以清晰呈現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)行為，以及動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)整機(jī)參數(shù)集成也是日后研究的重點(diǎn)內(nèi)容，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)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(duì)整機(jī)參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化模型建設(shè)，從容對(duì)參數(shù)變化對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行影響進(jìn)行全面分析。

3 結(jié)語

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間科學(xué)研究，我國(guó)在航東發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)方面已經(jīng)取得了非常可觀的成績(jī)。但是眾多科研工作人員還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究力度，明確航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)。使得我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)研究可以發(fā)展到一個(gè)新的高度，為促進(jìn)我國(guó)航空航天領(lǐng)域發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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