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第10期机械设计与制造

2024年10月MachineryDesignManufacture157

考虑整机耦合的航空发动机临界转速分析

许京荆，陈立全，汪鑫，刘云鹏

（上海大学机电工程与自动化学院，上海200444）

摘要：临界转速的研究是航空发动机设计阶段一项重要研究内容。目前航空发动机为追求高性能，机匣减重要求不断

提高，因此其大多采用薄壁结构，导致机匣与转子之间的耦合效应明显加强。为此，本研究根据双转子航空发动机整机

结构特点，建立发动机整机耦合力学模型，从理论上分析转子系统与机匣的耦合机理及其对临界转速的影响。为验证转

子-机匣组成的整机耦合对临界转速的影响程度，分别采用不考虑转子-机匣耦合的单独转子动力学模型与考虑耦合的

整机模型，分别求解高低压转子的临界转速，对比分析其结果差异发现：两种模型所求临界转速结果存在较大误差，其中

两种模型所求的高压转子临界转速阶数不同，且低压转子所求的二阶临界转速误差为62.7%，为不可接受的误差，故采用

整机耦合模型考虑转子与机匣的耦合效应后来求解航空发动机临界转速更为合理。

关键词：航空发动机；临界转速；转子；整机耦合

中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001-3997（2024）10-0157-06

CriticalSpeedAnalysisofAero-EngineConsideringRotorCasingCouplingEffect

XUJing-jing，CHENLi-quan，WANGXin，LIUYun-peng

（SchoolofMechatronicEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200444，China）

Abstract：Theresearchoncriticalspeedisanimportantpartofaero-enginedesign.Atpresent，inordertoachievehighperfor⁃

mance，therequirementforreducingtheimportantcaseofaero-engineisconstantlyincreasing.Asaresult，mostoftheaero-en⁃

ginesadoptthin-wallstructure，whichleadstotheobviousenhancementofcouplingeffectbetweenthecaseandtherotor.There⁃

fore，basedonthestructuralcharacteristicsoftwin-rotoraero-engine，thisstudyestablishesthemechanicalmodelofenginecou⁃

pling，andtheoreticallyanalysesthecouplingmechanismofrotorsystemandcasinganditsinfluenceoncriticalspeed.Inorderto

verifytheinfluenceofrotor-casingcouplingoncriticalspeed，asinglerotordynamicmodelwithoutrotor-casingcouplinganda

completemachinemodelwithcouplingareusedtosolvethecriticalspeedofhigh-pressureandlow-pressurerotorsrespectively.By

comparingandanalyzingtheresults，itisfoundthattherearelargeerrorsinthecriticalspeedresultsobtainedbythetwomodels.

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