一种基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机设计领域，具体涉及一种基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法。
【背景技术】
[0002]航空发动机是一种具有高度复杂结构的机械系统，在高速旋转、大的温度梯度、高的温度环境下工作的机械装置，其设计加工的零件工艺尺寸、装配工艺参数、结构内由装配和工作环境作用下的力学参数和整机结构的振动响应参数都具有非确定性特征。导致同一批次不同台份的发动机振动差别大、同一台份不同装配次的发动机振动差别大和同一次装配不同使用时间的发动机振动差别大等特征。因此，对先进航空发动机整机振动进行有效的抑制具有重要的意义。
[0003]现有技术中，航空燃气涡轮发动机的整机振动，一直采用确定性、线性的正向设计方法，究对象也主要以转子-支承系统为主。在设计过程中，未能考虑发动机结构局部非线性的影响，未能开展发动机整机振动特性的非确定性研究，未能研究发动机转子-轴承-支承-机匣的动力学耦合对振动特性的影响。当前，我国自行研制的发动机在设计定型完成后，在厂内试车、装机地面使用和飞行过程中经常存在振动超限的问题，出厂合格率低。是导致该型发动机仍然无法大批量装备部队使用的重要原因之一，严重影响我军装备现代化的发展。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提出了一种基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法，通过建立容差设计的技术方案，建立发动机结构特征参数、力学特征参数对整机振动特性的联系。研究不同参数对整机振动特性的影响规律，进而得到敏感的参数进行容差设计，最终完成对整机振动抑制的目标。
[0005]本发明基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法，主要包括以下步骤:
[0006]S1、构建能够影响所述涡扇发动机整机振动特性的特征参数集合；
[0007]S2、将所述特征参数集合内的参数按其对所述涡扇发动机整机振动的影响是否需要第三者的参与分为力学特征参数与结构特征参数，所述力学特征参数为不需要第三者参与而对所述涡扇发动机整机振动产生影响的直接参数，所述结构特征参数为需要第三者参与才能够对所述涡扇发动机整机振动产生影响的间接参数；
[0008]S3、对所述力学特征参数影响所述涡扇发动机整机振动构建动力学模型；
[0009]S4、对所述结构特征参数影响所述力学特征参数构建力学几何模型；
[0010]S5、构建力学特征参数与振动响应之间的第一容差模型，同时，构建力学特征参数与结构特征参数之间的第二容差模型；
[0011]S6、根据所述第一容差模型对所述力学特征参数进行容差控制，根据所述第二容差模型对所述结构特征参数进行容差控制。
[0012]优选的是，在所述步骤S3中，所述构建动力学模型包括应用力学特征等效原理，构建考虑局部非线性的整机参数化动力学模型。
[0013]在上述方案中优选的是，在所述步骤S4中，所述构建力学几何模型包括构建支点不同心度几何模型、转子不平衡力学模型以及轴承支承刚度力学模型。
[0014]在上述方案中优选的是，在所述步骤S6中，所述容差模型的容差设计目标包括振动低峰值或振动不敏感。
[0015]在上述方案中优选的是，在所述步骤S5-S6中，通过容差缩减对整机振动响应加以抑制，从而形成航空发动机整机振动抑制的容差设计方案。
[0016]在上述方案中优选的是，构建容差模型后进行容差分析，所述容差分析是在常规敏感分析技术基础上，使用非确定性分析方法，研究对振动响应的波动有显著影响的参数和参数容差。
[0017]在容差分析过程中，将区间数学理论与转子动力学理论相结合进行非确定性分析，针对先进涡扇发动机转子系统，引入区间数据理论，进行非确定转子动力学分析，得到考虑关键支承刚度和不平衡量变化后带有中介支点的双转子耦合系统固有振动特性的分布特征，完成发动机整机系统振动固有特性与响应特性的非确定性分析。
[0018]本发明主要完成三个方面的研究:I)整机振动概率设计理论与局部非线性分析方法，掌握整机振动建模技术和整机振动特性的作用机理;2)结构特征参数的容差分析与设计技术，建立以振动低峰值、振动不敏感为设计目标的整机振动容差设计技术;3)结构特征参数测试与容差控制技术，研究结构参数与整机振动特性测试新技术，提出航空发动机整机振动抑制的容差设计指南。
[0019]考虑航空发动机整机振动所具有的非确定性特征，本发明提出的基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法对改善现有航空发动机装配后的整机振动状况，降低发动机机械系统故障，保证气动性能设计指标，延长关键零部件寿命，提高发动机因整机振动超标的出厂合格率具有重大的工程价值，实现了保障航空发动机结构完整性与可靠性的总要求。
【附图说明】
[0020]图1为按照本发明基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法的一优选实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0022]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0023]本发明提出了一种基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法，通过建立容差设计的技术方案，建立发动机结构特征参数、力学特征参数对整机振动特性的联系。研究不同参数对整机振动特性的影响规律，进而得到敏感的参数进行容差设计，最终完成对整机振动抑制的目标。
[0024]本发明基于容差设计的涡扇发动机整机振动抑制方法，主要包括以下步骤:
[0025]S1、构建能够影响所述涡扇发动机整机振动特性的特征参数集合；
[0026]S2、将所述特征参数集合内的参数按其对所述涡扇发动机整机振动的影响是否需要第三者的参与分为力学特征参数与结构特征参数，所述力学特征参数为不需要第三者参与而对所述涡扇发动机整机振动产生影响的直接参数，所述结构特征参数为需要第三者参与才能够对所述涡扇发动机整机振动产生影响的间接参数；
[0027]S3、对所述力学特征参数影响所述涡扇发动机整机振动构建动力学模型；
[0028]S4、对所述结构特征参数影响所述力学特征参数构建力学几何模型；
[0029]S5、构建力学特征参数与振动响应之间的第一容差模型，同时，构建力学特征参数与结构特征参数之间的第二容差模型；
[0030]S6、根据所述第一容差模型对所述力学特征参数进行容差控制，根据所述第二容差模型对所述结构特征参数进行容差控制。
[0031]在所述步骤S3中，所述构建动力学模型包括应用力学特征等效原理，构建考虑局部非线性的整机参数化动力学模型