【摘 要】
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作为航空发动机的重要组成部分,转子系统的动力学特性直接影响航空发动机工作的稳定性和安全性。在航空发动机转子系统设计过程中,一般预先利用与其动力特性相似的试验转子对其进行动力特性评估,进而指导转子的结构设计。本文对转子系统动力特性相似设计方法进行了深入的研究,并利用某型发动机转子系统的相似设计对本文方法进行了验证,在此基础上,开发了优化相似设计软件。本文主要研究成果及结论如下:（1）基于坐标系转换和
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作为航空发动机的重要组成部分,转子系统的动力学特性直接影响航空发动机工作的稳定性和安全性。在航空发动机转子系统设计过程中,一般预先利用与其动力特性相似的试验转子对其进行动力特性评估,进而指导转子的结构设计。本文对转子系统动力特性相似设计方法进行了深入的研究,并利用某型发动机转子系统的相似设计对本文方法进行了验证,在此基础上,开发了优化相似设计软件。本文主要研究成果及结论如下:（1）基于坐标系转换和Lagrange方程法建立了转子有限元梁单元模型,对比了直接法和Campbell图法两种求解临界转速方法,并选择求解效率更高的直接法用于转子系统动力学相似设计中。（2）为研究建立转子系统等效模型过程中的多目标优化问题,对比了两种常用的多目标优化算法:非支配排序遗传算法（NSGA-II）和多目标粒子群算法（MOPSO）。研究表明:NSGA-II算法较MOPSO算法更适合本文转子优化的研究;对于NSGA-II方法,当选取的变异因子数值较大/小时,选取的交叉因子的数值应相对较小/大,可根据该规律提高NSGA-II算法的优化效率。（3）为获得与实际发动机转子系统动力学相似的缩比模型,利用转子的复数运动微分方程,对转子系统相似方法进行研究,并对空心轴转子的相似方法的适用范围进行了研究和修正。研究表明:圆柱形轴段的相似公式可适用于锥型轴段;可对空心轴段添加修正条件λd-λD,当需要对转子轴段结构尺寸进行微调时,dλ的取值应小于或等于λωλl2。（4）获得了适用于复杂双转子系统动力学相似设计方法,并以某发动机双转子系统为模型,对其进行了建模求解、动力特性分析及动力学相似设计,验证了本文动力学相似设计方法的正确性,设计的模型转子可用于某型发动机转子系统动力特性的预测和试验研究。本文基于有限元法和Lagrange方程,对转子系统进行了动力学建模,利用直接法对临界转速和振型进行了快速求解,并结合多目标优化和相似理论,设计了转子系统的动力相似模型,以对实际发动机转子系统动力特性进行预测。在此基础上,搭建了转子系统建模求解及动力学相似设计软件,以实现转子系统的快速相似设计,为试验转子的设计提供理论基础,研究成果具有较高的工程应用价值。
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