航空螺旋桨气动与质量不平衡耦合振动规律仿真与试验研究
航空螺旋桨是将发动机输出功率转换为拉力的关键部件，在地面和空中不同工作条件下持续受到机械和气动力作用，产生稳态和振动应力，同时还会遭受外物撞击、环境腐蚀等，产生瞬态或疲劳损伤，甚至灾难性后果。飞行中气动不平衡和质量不平衡耦合造成振动情况更加复杂，航空螺旋桨的振动抑制必须充分考虑气动不平衡的影响。本论文通过探究螺旋桨发动机振动产生机理，基于叶素—动量理论建立了气动和质量不平衡耦合作用下的转子动力学方程;基于某型螺旋桨的仿真模型，深入探讨螺旋桨不平衡耦合振动机理，揭示不平衡响应规律;模拟航空螺旋桨不同工况下气动不平衡、质量不平衡及气动和质量不平衡耦合振动规律，为动平衡和自动平衡提供技术支撑，主要内容如下: (1)阐述了螺旋桨振动产生的基本原理，对螺旋桨转子进行了动力学和气动力学分析，并基于叶素—动量理论进行了气动不平衡理论推导,建立气动不平衡和不平衡质量耦合作用下的转子动力学方程。 (2)根据某型航空螺旋桨建立螺旋桨仿真模型，并对实际转动部件进行相应简化，在保证仿真模型的动力学特性与实际螺旋桨相似的基础上,提高计算精度和效率。 (3)针对航空螺旋桨典型飞行工况下的复杂气动工况，开展航空螺旋桨气动和质量不平衡耦合振动规律的研究，利用ANSYS Fluent、ANSYS Transient两个模块的组合实现对螺旋桨的流固耦合仿真计算，并将仿真数据导入Matlab进行数据后处理。揭示了航空螺旋桨在不同工况下气动不平衡、质量不平衡及气动和质量不平衡耦合振动规律，为动平衡和自动平衡提供技术支撑。 (4)为了完成航空螺旋桨气动和质量不平衡耦合振动规律的研究，根据某型螺旋桨发动机搭建螺旋桨转子试验台，对搭建的试验台进行动力学测试和调试，保证试验台的动力学性能与真机保持一致，并针对仿真计算的不同工况进行了试验验证。总结出不同工况下螺旋桨转子气动不平衡、质量不平衡及气动与质量不平衡耦合振动规律。
航空螺旋桨;气动不平衡;质量不平衡;耦合振动
北京化工大学
硕士
机械
陈立芳;王久东
2023
中文
V233
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）