旋转冲压发动机转子动力学特性研究

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现代战争和工业对发动机的性能要求越来越高,要求压气机要具有很高的单级压比、总压比和很高的压缩效率等。传统的轴流式压气机和离心式压气机要满足上述要求,就需要很多级数,这会增大发动机的整体尺寸、增大发动机的重量和损失,增加发动机的制造成本,反而会使发动机的总体综合性能有所下降,因此必须采用新型的压气机才能满足上述要求。冲压发动机利用激波对气流进行压缩,具有结构简单、压比高、压缩效率高的优点,被广泛应用于航空发动机中,但其不能自行起动且低速性能差。旋转冲压发动机综合了冲压发动机和燃气轮机的优点,利用转子高速旋转产生超音速来流条件,并利用激波对气流进行压缩,能够自行起动,压比、压缩效率都较高,而且体积小、重量轻、结构简单,能够满足现代战争及工业对发动机和压气机的要求。本文主要对这种发动机的压缩转子进行研究。  首先,对旋转冲压发动机总体技术进行了概述。在对旋转冲压发动机总体技术有一个比较全面的了解后,建立了旋转冲压压缩转子的模型,包括压缩进气道的设计、转子整体结构及尺寸的确定和转子工作转速的确定等。  然后,建立了压缩进气道流场二维分析计算模型,并对旋转冲压压缩转子的压缩进气道结构的定常流动和气流对压缩转子的不平衡作用力,即激振力进行了研究。主要分析了压缩进气道在不同背压下流场的分布,确定了压缩进气道正常工作时的背压条件。分析了进气道中正激波的周期振荡现象以及不同进气道尺寸对压缩进气道流场的影响,然后分析了气流对压缩转子的作用力,包括转子无涡动时和涡动时的受力情况分析。  最后,对旋转冲压压缩转子的转子系统进行了转子动力学特性分析。建立了气流激振力的数学模型,对转子进行离散,建立了转子系统的运动微分方程,并采用Newmark方法对其进行求解,得到了转子的不平衡响应,分析了不同支承刚度、不同偏心距对转子系统的不平衡响应的影响。
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