[发明专利]一种航空发动机减振优化设计方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机减振优化设计方法，步骤：确定机匣附件中需要减振的部件，建立振动传递模型；选取其中一个部件，将其参数作为需要开展优化设计的目标；将振动传递模型变换至频域，根据期望的性能指标，利用频域分析方法，进行最优控制参数设计；通过仿真确认设计的最优控制参数是否满足性能要求，若不满足则重新开展优化设计。本发明可使机匣附件的多个部件的振动得到衰减，并可取得特定部件的完全隔振，具有重要的实际意义。

技术领域

本发明属于航空发动机减振降噪领域，特别涉及了一种航空发动机减振优化设计方法。

背景技术

航空发动机对可靠性和安全性有着严苛的要求，而整机振动是降低可靠性和安全性的重要因素之一，因此国内外适航条款都规定要对航空发动机振动进行监视和控制。例如，中国民航总局专门对振动做出限定，即“每型发动机的设计和构造必须使发动机在其声明的整个飞行包线和整个转速和功率或推力的工作范围内正常工作，而不应导致因振动而使发动机的任何零部件应力过大，并且也不应导致将过大的振动力传给航空器结构。”然而，由于引起发动机振动的来源多样，难以对发动机进行实时控制，而只能通过良好的结构设计来保证满足适航的要求。例如，通过动平衡减小装配误差，以便从根源上降低由于高低压轴质量不平衡对发动机产生的周期性振动；或者通过阻尼器的参数优化设计，使得振动在沿其传递路径上得到衰减。

在实际工程中，还经常遇到另一种振动问题，即气动不平衡力(气动干扰、转子不对中以及轴承损坏等)引起的振动传递至机匣，造成“附着”在机匣上的全权限电子控制器、燃调机构、燃油和滑油管路等的振动过大。由于气动不平衡不可避免，因此目前通用的做法是采用隔振抗冲击技术，即在电子控制器、燃调机构等的安装位置上，增加隔振器从而隔离或者衰减来自发动机的振动传递。这种设计方法的重点是选取合适的隔振器参数，例如，赵奎在其论文《某航空发动机控制器用隔振器的设计方法与试验研究》中，详述了隔振器参数的设计方法；中国专利申请CN103742591A公开了一种旋转机械转子自适应质量阻尼器的设计方法。

然而上述设计方法只考虑对单一部件的隔离，因而只涉及单一隔振器的参数优化设计；当需要对多个部件进行隔离时，由于需要设计的参数众多，目前的方法较为复杂。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种航空发动机减振优化设计方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种航空发动机减振优化设计方法，包括以下步骤：

(1)确定机匣附件中需要减振的部件，建立振动传递模型；

(2)选取其中一个部件，将其参数作为需要开展优化设计的目标；

(3)将步骤(1)建立的振动传递模型变换至频域，根据期望的性能指标，利用频域分析方法，进行最优控制参数设计；

(4)通过仿真确认步骤(3)设计的最优控制参数是否满足性能要求，若不满足则返回步骤(2)，重新开展优化设计。

进一步地，在步骤(1)中，采用系统辨识方法或者参数匹配法建立振动传递模型。

进一步地，针对两个减振部件，建立的振动传递模型如下：

上式中，m_u、k_u和c_u分别为部件1的质量、刚度系数和阻尼系数；m_s、k_s和c_s为部件2的质量、刚度系数和阻尼系数；z_u(t)为部件1的位移，z(t)为部件1与部件2的相对位移，为对应的一阶求导，为对应的二阶求导；表示气动不平衡力；u(t)为待优化参量。