航空活塞发动机螺旋桨振动特性研究：基于循环对称结构与有限元分析

本文主要探讨了航空活塞发动机定距螺旋桨的振动特性分析，由魏武国教授及其团队在中国民用航空飞行学院航空工程学院进行的研究。该研究基于循环对称结构模态分析的基本理论，旨在建立一种全面考虑实际工作条件的螺旋桨振动特性分析方法。循环对称性在分析中至关重要，因为它允许研究者处理螺旋桨在旋转过程中的周期性效应，包括离心力和气动载荷。 研究对象是具体航空活塞发动机上的两叶片定距螺旋桨，通过提取结构特征参数，使用ANSYS软件构建了螺旋桨结构基本重复扇区的三维有限元模型。这个模型不仅考虑了螺旋桨静止状态下的频率和振型，还扩展到常用转速工况下，考虑了预应力对振动特性的影响。研究发现，即使在同一阶次下，螺旋桨也会表现出对称和反对称两种模态，这可能源于旋转运动下的非线性效应。 为了更深入地理解振动行为，研究者分析了螺旋桨偏心质量以及燃气爆发产生的激振效应，绘制了螺旋桨的共振特性曲线。这些结果为后续的结构分析和故障排除提供了重要的指导依据，同时对于多叶片和变距螺旋桨的整体结构振动特性计算也具有工程实践价值。 本文的关键领域集中在工程力学，特别是振动特性分析、循环对称结构模态分析以及有限元方法的应用。研究成果不仅有助于提高航空活塞发动机的性能优化，而且对整个航空工程领域内螺旋桨的设计和维护具有推动作用。通过这种方法，研究人员能够更好地理解和控制螺旋桨在极端工作条件下的动态响应，从而确保飞行安全和效率。