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航空发动机振动故障模拟及机匣测点优化

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文研究内容及创新点

2 航空发动机转子典型振动故障模拟及机匣测点优化方法

2.1 航空发动机转子典型振动故障

2.2 基于ANSYS谐响应分析的转子典型振动故障模拟方法

2.3 机匣测点优化方法介绍

2.4 本章小节

3 单转子试验器典型振动故障分析及机匣测点优化

3.1 单转子试验器简介

3.2 单转子试验器三维有限元建模

3.3 单转子试验器转子不平衡故障模拟及轴振测点分析

3.4 单转子试验器机匣测点优化

3.5 本章小结

4 双转子试验器典型振动故障分析及机匣测点优化

4.1 双转子试验台架简介

4.2 双转子试验器三维有限元建模

4.3 双转子不平衡故障模拟及轴振测点分析

4.4 双转子试验器机匣测点优化

4.5 本章小结

5 基于单转子试验器振动故障的机匣测点优化试验验证及分析

5.1 采集系统及测点简介

5.2 单转子不平衡故障试验及结果分析

5.3 单转子松动故障试验及结果分析

5.4 单转子转子-静子点碰摩故障试验及结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间参与的科研项目与发表论文

附录B 弹支刚度测试实验记录表

附录C 不平衡故障机匣测点结果汇总

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摘要

通过各种类型的传感器实时采集飞行器在工作状态下的信号并进行智能故障诊断是航空领域发展的方向之一,状态监测与故障诊断系统的成功运用降低了飞机的失事概率。航空发动机是飞机最重要的组成部分,也是状态监测的重点,对于航空发动机而言,测点的优化布置在简化监测系统复杂性的同时可有效捕捉发动机转子故障特征,从而对保障故障诊断的成功率具有重要的现实意义。中国在航空发动机振动监测与故障诊断方面的研究相对于航空发达国家还比较落后,本论文以某航空发动机单、双转子试验器为研究对象,利用数值分析方法、测点优化理论和试验进行了研究。
  本文首先对有限元数值分析技术和测点优化理论与方法进行了介绍,然后分别对航空发动机单、双转子试验器建立了机匣-转子耦合模型并采用商用有限元软件对这两种模型进行了仿真和数值分析,获得了转子试验器的振型、临界转速以及不平衡故障状态下模型位移响应等结果,研究了转子不平衡故障响应特征,分别利用机匣密布测点优化法及结构功率流可视化方法确定单、双转子试验器机匣的测点方案,并对比两种测点优化方法特点及适用性,选择利用密布测点优化方法并确定了最终机匣测点布置方案。最后,通过单转子航空发动机试验器的转子不平衡故障模拟试验、松动故障试验以及碰摩故障试验结果验证了模型和计算结果的准确性以及上述方法的适用性。
  本论文工作及结论为航空发动机或燃气轮机振动故障的机匣测点优化问题研究提供了较好的借鉴和参考。

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