【摘 要】
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为了提升发动机可靠性及转子运转平稳性,现代航空发动机广泛采用挤压油膜阻尼器（squeeze film damper,简称SFD）,大量研究及试验表明SFD能有效减小转子过临界的振幅及外传力,但与此同时也增加了系统动力学特性设计的复杂程度。为精准预测SFD及转子系统动力特性,本文针对某型航空发动机转子采用的SFD结构,考虑SFD蒸汽气穴影响,开展了气穴雷诺方程及SFD-转子系统动力学建模、非线性特性
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为了提升发动机可靠性及转子运转平稳性,现代航空发动机广泛采用挤压油膜阻尼器（squeeze film damper,简称SFD）,大量研究及试验表明SFD能有效减小转子过临界的振幅及外传力,但与此同时也增加了系统动力学特性设计的复杂程度。为精准预测SFD及转子系统动力特性,本文针对某型航空发动机转子采用的SFD结构,考虑SFD蒸汽气穴影响,开展了气穴雷诺方程及SFD-转子系统动力学建模、非线性特性求解及试验研究,主要研究成果如下:（1）从广义雷诺方程出发建立了SFD雷诺方程,基于有限差分法推导了其差分格式,并通过对比研究了三种常用求解方法,结果表明有限差分法和有限体积法在求解油膜压力分布的误差很小,但短轴承假设的解析解造成的计算误差依然可观;（2）考虑SFD的蒸汽气穴影响,通过引入中间变量g和开关函数g统一了油膜区与气穴区的描述方程并推导了其差分格式,通过仿真结合试验分析了气穴及周向边界对油膜特性的影响规律,研究发现:气穴将导致油膜的形成位置在相位上存在偏移,蒸汽气穴的存在将扩大油膜正压区的周向范围;同时,气穴将降低油膜阻尼;（3）为了验证建立的气穴油膜统一方程的正确性及准确性,设计了SFD双向激励试验器,通过双向激励模拟转子轴颈实际涡动运动研究了不同供油压力、动偏心率、供油温度及轴颈涡动频率对油膜特性及气穴的影响规律,研究发现:仿真结果与试验结果在偏心率小于0.3时吻合的较好,这表明本文建立的气穴油膜统一方程在小偏心率下能较好预测油膜特性;提高供油压力、提高偏心率、提高涡动频率以及降低滑油温度会增强油膜的挤压作用从而使油膜刚度和油膜阻尼增加;对于实际转子系统而言,可以通过提高供油压力和滑油温度的方式来抑制气穴;（4）基于Timoshenko梁、油膜非线性力和滚珠轴承非线性力模型,建立了一端弹支一端刚支的SFD-转子系统动力学模型及其试验器转子,研究了SFD及气穴对转子系统稳定性及周期性的影响规律并与通过试验器进行了验证,同时为了应用于转子动力特性及SFD的工程设计,通过改变试验器转子参数研究了转子系统振动特性变化规律,研究发现:本文建立的SFD-转子系统非线性动力学模型能够较好的预测转子动力特性,仿真数据与试验数据吻合较好;本文设计的SFD具有良好减振效果,当不考虑蒸汽气穴影响时,转子系统的临界振幅相较于考虑气穴SFD模型的仿真计算结果小28.6%,通过改变转子参数得到了对工程实际具有参考意义的结论,具体参见相关章节及总结。本文理论与试验的研究成果,为工程实际中SFD及转子动力特性设计提供了依据和参考,具有较高的工程应用价值。
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