考虑基础运动和油膜惯性的带挤压油膜阻尼器的转子系统动态响应

【作者】 陈曦； 甘晓华； 蒋书运； 任光明； 刘一鸣；

【机构】 南方科技大学工学院力学与航空航天工程系； 东南大学机械工程学院；

【摘要】 机载高速柔性转子系统会受到基础运动产生的参数激励和外部激振力,可能引起振动超标、转静碰摩等故障。根据黏性牛顿流体的连续方程和Navier-Stokes方程,推导考虑油膜惯性效应的流动方程。基于一阶摄动法,在流动方程中引入流体三维速度分布和油膜压力分布,得到油膜压力分布的微分方程。采用有限差分法求解油膜动态压力场,周向数值积分得到非线性油膜力。将油膜力引入到转子动力学特性分析中,采用Newmark-HHT法结合模态分析法,迭代计算在时变基础运动激励条件下,带定心弹簧的挤压油膜阻尼器转子系统的瞬态非线性响应和运动分岔。结果表明,增大雷诺数,导致惯性模型的压力分布曲线的相位发生偏移,与正压峰值相比,负压峰值较快增大。对于大偏心比,即使雷诺数较小,压力分布对油膜惯性效应也较为敏感;增加雷诺数将进一步影响压力分布。引入油膜惯性,径向油膜力的大小有所降低,但方向可能改变,小偏心比时指向轴承外侧,而大偏心比时指向轴承中心。油膜惯性增大切向油膜力的大小,而方向保持不变。在高转速和大偏心比的情况下,油膜惯性效应对共振区域的转子振幅有明显的抑制作用。基础运动能够激起次谐波频率,其中基础横向转动会引起附加陀螺力矩,导致轴颈进动轨迹偏离轴承中心。在基础简谐平动激励下,轴颈运动从周期性转变为准周期,提高基础简谐频率,轴颈的稳定性将逐渐降低。本文提出一种灵活且可扩展的计算方法,用于预测基础运动激励下带挤压油膜阻尼器的机载转子系统的动力学特性。研究结果将为高速燃气轮机转子系统的动力学设计和减振提供技术支撑。更多还原