某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)的共振特性研究

摘 要 附件傳動系統(tǒng)是航空發(fā)動機(jī)中的一項(xiàng)重要構(gòu)成部分，其性能會對航空發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行造成直接影響，從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，附件傳動系統(tǒng)在應(yīng)用期間的振動會對發(fā)動機(jī)在運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性造成直接影響。因此，在我國航空行業(yè)飛速發(fā)展的今天，要加強(qiáng)對航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)共振特性的研究，從而為飛機(jī)的穩(wěn)定飛行提供保障，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 飛機(jī);傳動系統(tǒng);共振特性;關(guān)鍵部件

傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜工作，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時，要全面掌握結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)固有振動特性的影響規(guī)律，進(jìn)而對各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而避免傳統(tǒng)系統(tǒng)在運(yùn)行期間發(fā)生共振現(xiàn)象，以免飛機(jī)在飛行期間發(fā)生事故，造成人員傷亡。某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)中動力，通過氣壓轉(zhuǎn)子將動力引出，利用花鍵傳遞給動力系統(tǒng)中的主動錐齒輪，再利用兩級錐齒輪和一級圓柱齒輪將力傳遞到發(fā)動機(jī)上。

1分析單根轉(zhuǎn)子固有特性

通過對某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)進(jìn)行分析，傳統(tǒng)系統(tǒng)在運(yùn)行期間，主要對系統(tǒng)中的四個軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)軸的速度分別為12800r/min、8242r/min、110958r/min、8989r/min。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，可以在沒有考慮系統(tǒng)耦合的基礎(chǔ)上，每個單根轉(zhuǎn)子在運(yùn)行期間的前12階模態(tài)的對數(shù)衰減率，以及相應(yīng)的固有頻率（對前3階情況進(jìn)行了記錄，具體內(nèi)容如表1所示），通過分析可以得到下列結(jié)論：

系統(tǒng)中單根轉(zhuǎn)子在具體運(yùn)行期間的固有頻率都主要集中在高頻區(qū)，其在實(shí)際運(yùn)行期間，其轉(zhuǎn)速超過量得系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的具體速度，但是，從整體情況來看，存在模態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，這會對系統(tǒng)的運(yùn)行造成不良影響[1]。

從傳動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)軸1到轉(zhuǎn)軸4，在同一階態(tài)中，每個轉(zhuǎn)軸的固有頻率都能可以逐漸增大。

傳動系統(tǒng)中的每個轉(zhuǎn)子的第一階模態(tài)都為扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)，而從具體情況來看，各個模態(tài)之間都未發(fā)生耦合現(xiàn)象，在具體振型上，將某一各方向上的扭轉(zhuǎn)或彎曲為主[2]。

2分析耦合系統(tǒng)固有特性

2.1 固有頻率與振型

在系統(tǒng)處于耦合情況下對整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況全面分析，一共對系統(tǒng)中前18階模態(tài)的振型進(jìn)行全面闡述，通過分析能夠得到下列結(jié)論：

耦合系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能前18階模態(tài)都屬處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，其中第1階、第3階、第8階、第11階、第14階都出現(xiàn)了一定的不穩(wěn)定性，但是，并不嚴(yán)重。

系統(tǒng)在具體運(yùn)行過程中，受耦合作用影響，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，多數(shù)模態(tài)的振型不再是單一扭轉(zhuǎn)振動，或者彎曲振動情況，而某單根轉(zhuǎn)子振型為彎扭耦合振動，或者耦合派生的都為彎扭耦合振型，研究人員對整個系統(tǒng)的整體情況進(jìn)行全面觀察，不難發(fā)現(xiàn)，某單根轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中的固有頻率、衰減率，各項(xiàng)內(nèi)容與單個轉(zhuǎn)子相比，均發(fā)生了一定程度改變。

整個系統(tǒng)在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)速集中在第2階和第3階臨界轉(zhuǎn)速間，可見，為使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠保持穩(wěn)定，提升系統(tǒng)性能，對于工作轉(zhuǎn)速的具體選擇上必須小心，而且必須要規(guī)避開共振區(qū)域，避免由于共振原因，導(dǎo)致系統(tǒng)遭受破壞，影響飛機(jī)在飛行過程中的安全性。

2.2 利用Campbell圖分析耦合系統(tǒng)

在對耦合系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析時，為了能夠精準(zhǔn)的完成對耦合系統(tǒng)中每個轉(zhuǎn)子各階不同的臨界旋轉(zhuǎn)速度，能夠獲取到共振頻，而且能夠完成對耦合系統(tǒng)中彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動期間出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度變化曲線進(jìn)行精準(zhǔn)辨別，要采取掃描方式對不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的固有頻率進(jìn)行確定，進(jìn)而達(dá)到每個階的臨界轉(zhuǎn)速。在具體問題分析期間，通過對Campbell圖進(jìn)行應(yīng)用，可以通過圖形的形式，顯示出固有頻率隨著工作速率的具體改變規(guī)律，其應(yīng)用不僅簡單，而且準(zhǔn)確率高。在Campbell圖中，橫軸為轉(zhuǎn)速，縱軸對應(yīng)著相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，每階的固有頻率，圖形中固有頻率與等速度的交點(diǎn)就是臨界轉(zhuǎn)速，也就是說，在該轉(zhuǎn)速下時極有可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

通過對Campbell圖進(jìn)行應(yīng)用對系統(tǒng)的情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，第2階和第4階發(fā)了共振現(xiàn)象，這一共振轉(zhuǎn)速為正進(jìn)動，而系統(tǒng)中的第1階和第3階發(fā)生了共振轉(zhuǎn)速，這一共振轉(zhuǎn)速為反進(jìn)動，通過對兩種共振進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，前者產(chǎn)生的共振頻率不斷升高，而后者產(chǎn)生的共振頻率則不斷下降。通過對系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的第1階臨界的旋轉(zhuǎn)速度約為5032r/min，第2階臨界轉(zhuǎn)速約為5041r/min，第3階臨界旋轉(zhuǎn)的速度約為19201r/min，而整個系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的旋轉(zhuǎn)速度約為12288r/min，通過對各項(xiàng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析可以確定，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)速度明顯偏離臨界轉(zhuǎn)速裕度的明確規(guī)定，系統(tǒng)不會發(fā)生共振現(xiàn)象。

3結(jié)束語

附件傳動系統(tǒng)是一種齒輪耦合多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，該項(xiàng)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，具有自身固有的衰減率、頻率，以及與之相對應(yīng)的單根轉(zhuǎn)子的固有模態(tài)，而且形成的這一類模態(tài)對于耦合作用并不敏感。

附件傳動系統(tǒng)中采用的單根轉(zhuǎn)子固有頻率多數(shù)都集中在高頻區(qū)域，而且系統(tǒng)中的第1階模態(tài)都位扭轉(zhuǎn)振動。

共振現(xiàn)象會對附件傳動系統(tǒng)的性能造成影響，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，要適當(dāng)規(guī)避共振現(xiàn)象，進(jìn)而避免由于共振對系統(tǒng)造成破壞。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂勝.某型航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2020，33（2）：5-6，9.

[2] 何劉海，吳桂嬌，王平，等.航空發(fā)動機(jī)附件齒輪行波共振噪聲測量與分析[J].振動與沖擊，2019，38（22）：210-215.

作者簡介

易鑫鵬（1990-），男，湖南懷化人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：主管試驗(yàn)師;現(xiàn)就職單位：中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，研究方向：航空發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)試驗(yàn)。