航空發動機整機動力學研究進展與展望

門艷杰

摘 要：航空發動機與航空設備的運行有著直接關聯，為了促進我國航空航天領域的發展，促使該領域不斷有新的血液融入，相關人員需要不斷加強研究力度。航空航天領域是我國科研工作的重要內容，我國政府部門對此非常看重，每一年都會投入大量的科研資金。經過科研人員長時間的努力和付出，我國航空發動機整機動力學研究取得了非常可觀的成就，同時也在向著更深層次的領域快速發展。本文就是對航空發動機整機動力學研究進展和展望進行深入探究，希望對相關人員有所啟示，促進我國航空航天領域的可持續發展。

關鍵詞：航空航天；發動機；整機動力學；進展

通過對航空發動機運行狀態進行深入調查可以了解到，發動機實際工作中會受到氣動和機械激振等眾多因素影響，從而導致發動機產生故障問題，降低了航空航天設備運行的穩定性和安全性。如何避免外界因素對航空發動機造成的不良干擾，促進航空發動機抗干擾性能提升已經逐漸成為航空航天領域的熱點研究課題。所以對于航空發動機整機動力學研究進展與展望進行探討是具有現實意義的，下面就對相關內容進行詳細闡述。

1 航空發動機整機動力學的研究進展

1.1 雙轉子固有特性研究

對于雙轉子運行進行分析，高壓和低壓轉子的轉動速度是根據二者工作線而不斷發生改變的，需要明確工作線與內部和外部兩個轉子發動機臨界轉速必行會存在交點，這個交點也就是雙轉子發動機在實際運行過程中產生的轉速點。以往科研工作人員對于發動機臨界轉速的計算方式主要是采用遞矩陣法等，對過于復雜的動力反應進行科學計算。但是應用的計算方式具有很大局限性，在高階臨轉素計算過程中會存在較大的誤差。為了提升轉速值計算的精準性，新時期眾多科研工作人員都在積極地對雙轉子臨界轉速進行改進和研究。經過長時間的專研，科研工作人員創造出了帶軸間軸承雙轉子系統的動力學模型，并且依據相應數值進行仿真實驗，分析外部和外部轉子轉動速度存在的差值對雙轉子系統運行造成的影響進行了深入探究，并且得知，可以依據內部轉子和外部轉子轉動速度的臨界點，從而確定雙轉子系統的臨界轉速。

還需要注重的就是雙轉子耦合方面的研究，因為內部轉子和外部轉子的震動會導致承軸出發生耦合情況，而限制耦合情況的重要因素就是轉子轉動速度與二者之間的比值。所以因為耦合問題導致雙轉子動力系統運行不穩定，也是航空發動機整機動力學研究中的重點內容。熊純等科研工作者對雙轉子的動平衡問題進行了深入研究，并且依據專業理論對計算模型進行了構建。研究過程中對一個轉子和兩個轉子轉動速度的比值進行合理設定，在對內部轉子和外部轉子施加不平衡的情況下，取得內部轉子和外部轉子上任意部位的振動數值，將利用影響系數法進行分析，使得動平衡研究領域取得了巨大進展[1]。

1.2 轉子-滾動軸承的系統動力學

航空發動機整機運行過程中，滾動承軸的轉子系統會涉及分岔、混沌等眾多非線性的振動情況。所以科研工作人員有必要將科研目光投入到轉子-滾動軸承的系統動力學研究中去，對非線性動力學情況產生的根本原因進行解釋。科研工作者在深入分析航空發動機整機運動慣性和阻尼的基礎上，對發動機的變剛度情況進行了深入研究，分析了因為變剛度所導致的非線性振動現象產生。在對稱簡支條件下對轉子系統進行簡化，構建旋轉荷載下可以穩定運行的單一化滾動軸承，對轉子非線性振動現象的產生進行深入研究，并且采用數值套入的方式對轉子系統實際運行過程中產生的亞諧波和混沌現象進行更深層次的研究[2]。

1.3 轉子葉片振動研究

科研工作人員對轉子葉片的運行進行深入研究了解到，如果轉子葉片在某一階級產生的倍頻，與轉子系統具有的激振力頻率具有一致性，那么轉子葉片就會有共振情況產生。此階段，受到發動機高性能和高質結構要求的限制，就會使得轉子葉片就會產生相應的自激振動，從而致使轉子葉片產生裂縫，對航空發動機系統造成嚴重損害。張大義等科研工作人員以渦扇發動機的運行原理為基礎，對致使轉子葉片受到嚴重破壞的根本原因進行了探究。經過大量研究和認證表明，如果發動機離散噪聲強度過高，會對航空發動機整機結構造成嚴重破壞，同時也包括轉子葉片。通常情況下因為疲勞破壞所產生的離散噪聲在0.1～1kHz范圍內，航空發動機自身運轉也會導致噪聲產生，其范圍也是在0.1～1kHz范圍內。所以轉子在運行的過程容易產生共振，導致航空發動機包括轉子葉片在內的整機結構受到嚴重破壞。受到噪聲的影響導致轉子葉片發生振動，從而加重了機械構件的損耗，縮減了轉子葉片機械構件的應用年限[3]。

2 航空發動機整機動力學研究展望

我國眾多科研工作人員不能只是滿足于現階段所取得的科研成果，還需要不斷地加強研究力度，為我國航空航天領域實現可持續發展輸入更多生命力。在日后的研究中，科研工作人員必定會重點研究航空發動機簡化模型。通過上文敘述內容可以了解到，在航空發動機實際運行存在著復雜和非線性的特征，航空發動機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動機自身的結構和運行特點為切入點，利用專業的理論知識和豐富的實踐經驗，對航空發動機系統進行簡化處理，從而創建出可以清晰呈現航空發動機動力學行為，以及動力學行為變化的科學模型。以這一模型為基礎，科研工作者可以較為容易地找尋航空發動機行為或者是某一現象在設定參數下的發展規律。除此之外，航空發動機整機參數集成也是日后研究的重點內容，因為發動機實際運行中受到影響的因素眾多，而且這些因素復雜多變。所以科研工作者可以對整機參數進行精細化模型建設，從容對參數變化對航空發動機運行影響進行全面分析。

3 結語

經過長時間科學研究，我國在航東發動機整機動力學方面已經取得了非常可觀的成績。但是眾多科研工作人員還需要進一步加強研究力度，明確航空發動機整機動力學研究發展趨勢。使得我國航空發動機動力學研究可以發展到一個新的高度，為促進我國航空航天領域發展奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]史峰，杜建標，程禮.雙轉子動力學研究[J].機械與電子，2011（10）：56-58.

[2]熊純，都昌兵.雙轉子航空發動機轉子動平衡研究[J].長沙航空職業技術學院學報，2011（02）：33-36.

[3]陳果.雙轉子航空發動機整機振動建模與分析[J].振動工程學報，2011（13）：619-632.