发动机薄壁尾喷管振动机理分析及结构改进

针对航空发动机薄壁尾喷管试车和使用中出现的局部高频振动问题,基于机械振动理论和有限单元法,采用三维有限元分析方法,开展薄壁尾喷管振动特性分析,获得薄壁尾喷管的低阶固有频率、振型、相对振动应力等.根据发动机的工作转速和引发振动的相关激振因素,通过频率裕度分析和绘制坎贝尔图,获得引发薄壁尾喷管共振的原因.综合考虑薄壁尾喷管的结构形式以及受载特点,提出提升尾喷管固有频率、避开低阶有害共振的多个结构改进方案,通过仿真计算和对比分析,并结合工程实际经验和总体气动性能的限制,提出的局部截短方案为最优改进方案.分析表明,所提出的局部截短方案既可有效提升尾喷管的低阶固有频率,又不会带来重量增加,同时对整体气动性能影响较小,是一种十分有效的提升低阶固有频率的改进方法.研究成果可为航空发动机的大尺寸薄壁构件设计和结构优化改进提供理论依据和技术指导.