某航空發動機附件傳動系統的共振特性研究

摘 要 附件傳動系統是航空發動機中的一項重要構成部分，其性能會對航空發動機的正常運行造成直接影響，從以往的經驗來看，附件傳動系統在應用期間的振動會對發動機在運行中的可靠性和穩定性造成直接影響。因此，在我國航空行業飛速發展的今天，要加強對航空發動機附件傳動系統共振特性的研究，從而為飛機的穩定飛行提供保障，促進行業發展。

關鍵詞 飛機;傳動系統;共振特性;關鍵部件

傳動系統設計是一項復雜工作，在對其進行設計時，要全面掌握結構參數對系統固有振動特性的影響規律，進而對各項參數內容進行調整，進而避免傳統系統在運行期間發生共振現象，以免飛機在飛行期間發生事故，造成人員傷亡。某航空發動機附件傳動系統中動力，通過氣壓轉子將動力引出，利用花鍵傳遞給動力系統中的主動錐齒輪，再利用兩級錐齒輪和一級圓柱齒輪將力傳遞到發動機上。

1分析單根轉子固有特性

通過對某航空發動機附件傳動系統進行分析，傳統系統在運行期間，主要對系統中的四個軸的旋轉速度進行分析，轉軸的速度分別為12800r/min、8242r/min、110958r/min、8989r/min。

通過分析可以發現，可以在沒有考慮系統耦合的基礎上，每個單根轉子在運行期間的前12階模態的對數衰減率，以及相應的固有頻率（對前3階情況進行了記錄，具體內容如表1所示），通過分析可以得到下列結論：

系統中單根轉子在具體運行期間的固有頻率都主要集中在高頻區，其在實際運行期間，其轉速超過量得系統在運行過程中的具體速度，但是，從整體情況來看，存在模態不穩定現象，這會對系統的運行造成不良影響[1]。

從傳動系統中的轉軸1到轉軸4，在同一階態中，每個轉軸的固有頻率都能可以逐漸增大。

傳動系統中的每個轉子的第一階模態都為扭轉振動模態，而從具體情況來看，各個模態之間都未發生耦合現象，在具體振型上，將某一各方向上的扭轉或彎曲為主[2]。

2分析耦合系統固有特性

2.1 固有頻率與振型

在系統處于耦合情況下對整個系統的運行情況全面分析，一共對系統中前18階模態的振型進行全面闡述，通過分析能夠得到下列結論：

耦合系統在運行過程中能前18階模態都屬處于一個相對穩定的狀態，其中第1階、第3階、第8階、第11階、第14階都出現了一定的不穩定性，但是，并不嚴重。

系統在具體運行過程中，受耦合作用影響，在系統運行過程中，多數模態的振型不再是單一扭轉振動，或者彎曲振動情況，而某單根轉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的整體情況進行全面觀察，不難發現，某單根轉子在運行中的固有頻率、衰減率，各項內容與單個轉子相比，均發生了一定程度改變。

整個系統在運行期間，轉速集中在第2階和第3階臨界轉速間，可見，為使系統在運行過程中能夠保持穩定，提升系統性能，對于工作轉速的具體選擇上必須小心，而且必須要規避開共振區域，避免由于共振原因，導致系統遭受破壞，影響飛機在飛行過程中的安全性。

2.2 利用Campbell圖分析耦合系統

在對耦合系統的性能進行分析時，為了能夠精準的完成對耦合系統中每個轉子各階不同的臨界旋轉速度，能夠獲取到共振頻，而且能夠完成對耦合系統中彎曲振動和扭轉振動期間出現旋轉速度變化曲線進行精準辨別，要采取掃描方式對不同轉速下轉子的固有頻率進行確定，進而達到每個階的臨界轉速。在具體問題分析期間，通過對Campbell圖進行應用，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律，其應用不僅簡單，而且準確率高。在Campbell圖中，橫軸為轉速，縱軸對應著相應的轉速，每階的固有頻率，圖形中固有頻率與等速度的交點就是臨界轉速，也就是說，在該轉速下時極有可能出現共振現象。

通過對Campbell圖進行應用對系統的情況進行分析，可以發現，第2階和第4階發了共振現象，這一共振轉速為正進動，而系統中的第1階和第3階發生了共振轉速，這一共振轉速為反進動，通過對兩種共振進行分析可以發現，前者產生的共振頻率不斷升高，而后者產生的共振頻率則不斷下降。通過對系統的整體運行情況進行分析可以發現，系統的第1階臨界的旋轉速度約為5032r/min，第2階臨界轉速約為5041r/min，第3階臨界旋轉的速度約為19201r/min，而整個系統在實際運行過程中的旋轉速度約為12288r/min，通過對各項轉速進行分析可以確定，系統旋轉速度明顯偏離臨界轉速裕度的明確規定，系統不會發生共振現象。

3結束語

附件傳動系統是一種齒輪耦合多轉子系統，該項系統在運轉期間，具有自身固有的衰減率、頻率，以及與之相對應的單根轉子的固有模態，而且形成的這一類模態對于耦合作用并不敏感。

附件傳動系統中采用的單根轉子固有頻率多數都集中在高頻區域，而且系統中的第1階模態都位扭轉振動。

共振現象會對附件傳動系統的性能造成影響，因此，在進行系統設計時，要適當規避共振現象，進而避免由于共振對系統造成破壞。

參考文獻

[1] 呂勝.某型航空發動機附件傳動系統動力學仿真分析[J].機械研究與應用，2020，33（2）：5-6，9.

[2] 何劉海，吳桂嬌，王平，等.航空發動機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;學歷：碩士研究生，職稱：主管試驗師;現就職單位：中國航發湖南動力機械研究所，研究方向：航空發動機傳動系統試驗。