某航空发动机附件传动系统的共振特性研究

摘 要 附件传动系统是航空发动机中的一项重要构成部分，其性能会对航空发动机的正常运行造成直接影响，从以往的经验来看，附件传动系统在应用期间的振动会对发动机在运行中的可靠性和稳定性造成直接影响。因此，在我国航空行业飞速发展的今天，要加强对航空发动机附件传动系统共振特性的研究，从而为飞机的稳定飞行提供保障，促进行业发展。

关键词 飞机;传动系统;共振特性;关键部件

传动系统设计是一项复杂工作，在对其进行设计时，要全面掌握结构参数对系统固有振动特性的影响规律，进而对各项参数内容进行调整，进而避免传统系统在运行期间发生共振现象，以免飞机在飞行期间发生事故，造成人员伤亡。某航空发动机附件传动系统中动力，通过气压转子将动力引出，利用花键传递给动力系统中的主动锥齿轮，再利用两级锥齿轮和一级圆柱齿轮将力传递到发动机上。

1分析单根转子固有特性

通过对某航空发动机附件传动系统进行分析，传统系统在运行期间，主要对系统中的四个轴的旋转速度进行分析，转轴的速度分别为12800r/min、8242r/min、110958r/min、8989r/min。

通过分析可以发现，可以在没有考虑系统耦合的基础上，每个单根转子在运行期间的前12阶模态的对数衰减率，以及相应的固有频率（对前3阶情况进行了记录，具体内容如表1所示），通过分析可以得到下列结论：

系统中单根转子在具体运行期间的固有频率都主要集中在高频区，其在实际运行期间，其转速超过量得系统在运行过程中的具体速度，但是，从整体情况来看，存在模态不稳定现象，这会对系统的运行造成不良影响[1]。

从传动系统中的转轴1到转轴4，在同一阶态中，每个转轴的固有频率都能可以逐渐增大。

传动系统中的每个转子的第一阶模态都为扭转振动模态，而从具体情况来看，各个模态之间都未发生耦合现象，在具体振型上，将某一各方向上的扭转或弯曲为主[2]。

2分析耦合系统固有特性

2.1 固有频率与振型

在系统处于耦合情况下对整个系统的运行情况全面分析，一共对系统中前18阶模态的振型进行全面阐述，通过分析能够得到下列结论：

耦合系统在运行过程中能前18阶模态都属处于一个相对稳定的状态，其中第1阶、第3阶、第8阶、第11阶、第14阶都出现了一定的不稳定性，但是，并不严重。

系统在具体运行过程中，受耦合作用影响，在系统运行过程中，多数模态的振型不再是单一扭转振动，或者弯曲振动情况，而某单根转子振型为弯扭耦合振动，或者耦合派生的都为弯扭耦合振型，研究人員对整个系统的整体情况进行全面观察，不难发现，某单根转子在运行中的固有频率、衰减率，各项内容与单个转子相比，均发生了一定程度改变。

整个系统在运行期间，转速集中在第2阶和第3阶临界转速间，可见，为使系统在运行过程中能够保持稳定，提升系统性能，对于工作转速的具体选择上必须小心，而且必须要规避开共振区域，避免由于共振原因，导致系统遭受破坏，影响飞机在飞行过程中的安全性。

2.2 利用Campbell图分析耦合系统

在对耦合系统的性能进行分析时，为了能够精准的完成对耦合系统中每个转子各阶不同的临界旋转速度，能够获取到共振频，而且能够完成对耦合系统中弯曲振动和扭转振动期间出现旋转速度变化曲线进行精准辨别，要采取扫描方式对不同转速下转子的固有频率进行确定，进而达到每个阶的临界转速。在具体问题分析期间，通过对Campbell图进行应用，可以通过图形的形式，显示出固有频率随着工作速率的具体改变规律，其应用不仅简单，而且准确率高。在Campbell图中，横轴为转速，纵轴对应着相应的转速，每阶的固有频率，图形中固有频率与等速度的交点就是临界转速，也就是说，在该转速下时极有可能出现共振现象。

通过对Campbell图进行应用对系统的情况进行分析，可以发现，第2阶和第4阶发了共振现象，这一共振转速为正进动，而系统中的第1阶和第3阶发生了共振转速，这一共振转速为反进动，通过对两种共振进行分析可以发现，前者产生的共振频率不断升高，而后者产生的共振频率则不断下降。通过对系统的整体运行情况进行分析可以发现，系统的第1阶临界的旋转速度约为5032r/min，第2阶临界转速约为5041r/min，第3阶临界旋转的速度约为19201r/min，而整个系统在实际运行过程中的旋转速度约为12288r/min，通过对各项转速进行分析可以确定，系统旋转速度明显偏离临界转速裕度的明确规定，系统不会发生共振现象。

3结束语

附件传动系统是一种齿轮耦合多转子系统，该项系统在运转期间，具有自身固有的衰减率、频率，以及与之相对应的单根转子的固有模态，而且形成的这一类模态对于耦合作用并不敏感。

附件传动系统中采用的单根转子固有频率多数都集中在高频区域，而且系统中的第1阶模态都位扭转振动。

共振现象会对附件传动系统的性能造成影响，因此，在进行系统设计时，要适当规避共振现象，进而避免由于共振对系统造成破坏。

参考文献

[1] 吕胜.某型航空发动机附件传动系统动力学仿真分析[J].机械研究与应用，2020，33（2）：5-6，9.

[2] 何刘海，吴桂娇，王平，等.航空发动机附件齿轮行波共振噪声测量与分析[J].振动与冲击，2019，38（22）：210-215.

作者简介

易鑫鹏（1990-），男，湖南怀化人;学历：硕士研究生，职称：主管试验师;现就职单位：中国航发湖南动力机械研究所，研究方向：航空发动机传动系统试验。