Численное исследование явления затягивания в резонанс разгоняемого ротора
Авторы: Кирюхин А.А.
Опубликовано в выпуске: #4(148)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-4-2348
Раздел: Механика | Рубрика: Теоретическая механика, динамика машин
Ротор — обязательный элемент большинства турбомашин. Поэтому с развитием технологий в области машиностроения обозначилась необходимость количественной и качественной оценки поведения роторных систем при разгоне, что сопровождается прохождением через резонанс системы. Рассмотрены методы описания больших поворотов с использованием вектора Эйлера и тензора Жилина. Приведена апробация «роторного» способа описания больших поворотов на примере задачи разгона ротора под действием внешнего момента. Представлена роторная система, включающая жесткий невесомый вал, диск, установленный с эксцентриситетом, комбинированную опору со сферическим шарниром и угловыми пружинами. Показано, что при прохождении резонанса во время разгона ротора часть энергии вращения переходит в энергию поперечных колебаний, что приводит к снижению скорости его вращения и к увеличению амплитуды поперечных колебаний. Отмечено, что эффект затягивания ротора в резонанс наиболее опасен при малых вращающих моментах ротора, так как для прохождения резонанса требуется значительно больше времени и возрастает риск его поломки при увеличении амплитуды колебаний. Предложенный способ расчета динамики роторной системы рекомендуется для составления алгоритмов разгона роторов, которые используются при написании программ систем автоматизированного управления.
EDN YYFBLZ
Литература
[1] Аль Мандхари Н. Влияние элементов системы центробежного компрессора на его общие ротородинамические характеристики. Заключительный отчет о дипломной работе школы аэрокосмической промышленности. Кранфилд, университет Кранфилда, 2015, 181 c. URL: https://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/12326?show=full (дата обращения: 11.03.2024).
[2] Вьюнов С.А., Хронин Д.В., ред. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, Машиностроение, 1989, 368 с.
[3] Беляев Е.Н., Воробьев А.Г. Ускоренный разгон бустерного насосного агрегата жидкостного ракетного двигателя при его запуске. Вестник СибГАУ, 2016, т. 17, № 3. с. 665–672. URL: https://vestnik.sibsau.ru/arhiv/ (дата обращения: 11.03.2024).
[4] Чечулин А.Ю., Кривошеев И.А. Методика учета мощности, затрачиваемой на вращение ротора авиационного двигателя, в нелинейной динамической модели запуска авиационного газотурбинного двигателя. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2017, № 49, с. 81–94. DOI: 10.15593/2224-9982/2017.49.08
[5] Никаноров В.Б., Антаненков А.А., Лискин А.С. и др. Анализ физических явлений, возникающих при разгоне ротора электромеханического преобразователя энергии в магнитных опорах. Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования). XXIX Международная конференция: материалы. Москва, Изд-во МЭИ, 2021, с. 194–200.
[6] Останин С.Ю., Антаненков А.А., Лискин А.С и др. Формирование математической модели и метода расчета процессов при разгоне ротора электромеханического преобразователя в магнитных опорах. Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования). XXIX Международная конференция: материалы. Москва, Изд-во МЭИ, 2021, с. 201–207.
[7] Мясников В.Ю. Исследование динамики авиационного двигателя при обрыве лопатки вентилятора. Авиационные двигатели, 2022, № 2 (15), с. 13–26. URL: https://ciam.ru/journal/archive/nomera-zhurnalov/?SECTION_ID=141 (дата обращения: 19.03.2024).
[8] Томчин Д.А. Алгоритмы управления прохождением через зону резонанса в мехатронных вибрационных установках. Автореф. дис. … канд. техн. наук. 05.11.16. Санкт-Петербург, Институт проблем машиностроения РАН, 2006, 23 с.
[9] Попов В.В., Сорокин Ф.Д., Иванников В.В. Разработка конечного элемента гибкого стержня с раздельным хранением накопленных и дополнительных поворотов для моделирования больших перемещений элементов конструкций летательных аппаратов. Труды МАИ, 2017, № 92, 28 с. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=76832 (дата обращения: 11.03.2024).
[10] Низаметдинов Ф.Р., Сорокин Ф.Д. Особенности применения вектора Эйлера для описания больших поворотов при моделировании элементов конструкций летательных аппаратов на примере стержневого конечного элемента. Труды МАИ, 2018, № 102, 27 с. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=98753 (дата обращения: 11.03.2024).
[11] Сорокин Ф.Д., Чжан Х. Кинематически точное разделение большого поворота на осевой и поперечный в задачах роторной динамики. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, вып. 10, 14 с. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2018-10-1815
[12] Сорокин Ф.Д. Новый способ описания больших поворотов для задач роторной динамики. Проблемы машиностроения, 2019, вып. 7, с. 30–37. URL: https://sciencejournals.ru/view-article/?j=pminm&y=2019&v=0&n=7&a=PMiNM1907013Sorokin
[13] Жилин П.А. Векторы и тензоры второго ранга в трехмерном пространстве. Санкт-Петербург, Изд-во СПбГТУ, 1992, 88 с.