题目：高涵道比涡扇发动机转子系统动力特性及安全性设计理论方法

高涵道比涡扇发动机的转子-承力系统作为整机支承和传递发动机所有载荷的重要组成部分，极限飞行状态下复杂载荷所激起的振动响应和变形直接影响整机的刚度特性以及转静件之间的间隙控制，是结构完整性设计和安全性评估的重要内容。然而，由于高涵道比涡扇发动机转子-承力系统结构上径向尺寸大，工作环境复杂，外部飞行包线多变以及内部温度、压力环境变化复杂，导致其具有刚度“弱”的结构力学特征，在极限载荷作用下的变形可能会导致转静件碰摩、着火、抱轴停机等安全性问题，降低航空发动机结构的完整性和可靠性。在总体结构设计中，为保证在外物打伤或叶片飞失等各种极限载荷作用下不会发生转静件严重碰摩，轴承过载及叶盘耦合振动等危及发动机安全的重大结构故障问题，以整机结构系统为分析对象，开展在复杂载荷作用下高涵道比涡扇发动机整机实体有限元模型的建模和动力响应求解方法及相应的结构安全性设计策略研究具有重要学术价值和工程应用意义。本论文主要研究内容及创新性成果如下：

1）高涵道比涡扇发动机由于其结构尺寸大、大量使用板壳结构件，其动力学等效建模原则和关键部件的建模技术具有特殊性，结合高涵道比涡扇发动机的结构特征和动力学特征分析，建立转子、静子及整机的实体有限元模型，进行整机结构系统固有特性计算分析，并通过部件试验和整机试验对整机有限元模型的精度进行了校核。

2）针对叶片飞失引起的突加不平衡载荷激励，研究转子系统突加不平衡响应的力学机理，并通过风扇叶片丢失和高压压气机叶片丢失的动力响应计算和敏感性分析，揭示了突加不平衡载荷激励下整机结构系统动力响应特征以及载荷传播规律。

3）建立单盘柔性转子弯扭耦合振动力学模型，通过转子受力分析和拉格朗日方程，对转子的弯曲振动和扭转振动的固有振动特性及其振动稳定性进行理论分析研究，掌握了柔性转子弯扭耦合振动的特点、发生条件和影响因素，并建立某型高涵道比涡扇发动机的低压转子有限元模型，计算分析柔性转子系统弯扭耦合振动特性，研究弯扭耦合振动对其振动特性的影响规律。

4）以高涵道比涡扇发动机风扇转子为对象，针对外物打伤和叶片丢失等恶劣条件下所产生的冲击载荷和巨大不平衡载荷及对转子动特性影响，从结构设计入手，提出采用改变轴承支承方案、降低支承刚度、放松角向约束等结构措施，并与转子动力学设计相结合，在不提高结构重量和复杂程度的前提下，实现转子系统的安全性设计。