Πολυαρμονική απόκριση αζυγοσταθμίας αξόνων αεροπορικών κινητήρων σε αποσβεστήρες συμπίεσης ελαίου

Μητσός, Γεώργιος; Mitsos, Georgios

dc.contributor.author	Μητσός, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Mitsos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2023-01-13T10:04:25Z
dc.date.available	2023-01-13T10:04:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56688
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24386
dc.rights	Default License
dc.subject	Δυναμική Περιστρεφόμενων Μηχανών	el
dc.subject	Αεροπορικοί Κινητήρες	el
dc.subject	Απόκριση Αζυγοσταθμίας	el
dc.subject	Αποσβεστήρες Συμπίεσης Ελαίου	el
dc.subject	Rotor Dynamics	en
dc.subject	Aircraft Jet Engines	en
dc.subject	Unbalance Response	en
dc.subject	Squeeze Film Dampers	en
dc.subject	Στοιχεία Μηχανών	el
dc.subject	Machine Elements	en
dc.title	Πολυαρμονική απόκριση αζυγοσταθμίας αξόνων αεροπορικών κινητήρων σε αποσβεστήρες συμπίεσης ελαίου	el
dc.title	Multi-harmonic unbalance response of aircraft jet engine rotors on squeeze film dampers	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δυναμική Περιστρεφόμενων Μηχανών	el
heal.classification	Rotor Dynamics	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-12
heal.abstract	Η χρήση σταθερών συντελεστών δυσκαμψίας και απόσβεσης εδράνων είναι συνήθης στα προκαταρκτικά στάδια σχεδιασμού αεροπορικών κινητήρων. Παρόλο που η γραμμική ανάλυση παράγει αποτελέσματα σε μικρό χρόνο, αυτά δεν είναι πάντα ακριβή. Ως εκ τούτου, η επίδραση της δυσκαμψίας και της απόσβεσης των εδράνων που μεταβάλλονται με την ταχύτητα περιστροφής και την εκκεντρότητα στη δυναμική συμπεριφορά αεροπορικών κινητήρων εξετάζεται στην παρούσα διπλωματική εργασία. Οι άξονες των κινητήρων συνήθως εδράζονται σε έδρανα κύλισης, τα οποία απορροφούν τα αξονικά φορτία της ώσης και τα δυναμικά ακτινικά φορτία λόγω αζυγοσταθμίας, αλλά παρέχουν ελάχιστη απόσβεση. Επομένως, χρησιμοποιούνται αποσβεστήρες συμπίεσης ελαίου στην ακτινική διεύθυνση ώστε να παρασχεθεί επιπλέον απόσβεση και να αποφευχθούν επικίνδυνες εγκάρσιες ταλαντώσεις των αξόνων. Τα έδρανα κύλισης και οι αποσβεστήρες συμπίεσης ελαίου εισάγουν στο περιστρεφόμενο σύστημα μη-γραμμικότητες και φαινόμενα που εξαρτώνται από την ταχύτητα περιστροφής. Ως εκ τούτου, η εισαγωγή τους σε έναν αεροπορικό κινητήρα είναι ένα κρίσιμο ζήτημα. Μέθοδοι που αφορούν τη γραμμικοποίηση εδράνων ολίσθησης απαντώνται πολύ συχνά στη βιβλιογραφία. Αυτό δε συμβαίνει με τους αποσβεστήρες συμπίεσης ελαίου, παρόλο που χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροπορική βιομηχανία εδώ και σχεδόν μισό αιώνα. Για αυτό τον λόγο, μια νέα πολυαρμονική μέθοδος προτείνεται για τη λύση μη-γραμμικών συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας. Τα βήματα της μεθόδου εξηγούνται λεπτομερώς στην παρούσα εργασία. Εν συντομία: υπολογίζονται οι μη-γραμμικές δυνάμεις των εδράνων σε διακριτά σημεία των τροχιών τους. Στη συνέχεια, οι δυνάμεις προσεγγίζονται από περιοδικές συναρτήσεις μέσω του Διακριτού Μετασχηματισμού Fourier. Τέλος, η απόκριση του άξονα προκύπτει επαναληπτικά από την επίλυση τόσων συστημάτων εξισώσεων όσο και ο αριθμός των αρμονικών. ΄Ενα μοντέλο άξονα Jeffcott κι ένα ρεαλιστικό μοντέλο αεροπορικού κινητήρα χρησιμοποιούνται για τις προσομοιώσεις της παρούσας εργασίας. Τα αποτελέσματα της γραμμικής αρμονικής ανάλυσης με σταθερούς συντελεστές συγκρίνονται με τη μεταβατική απόκριση και αποδεικνύονται εξαιρετικά ανακριβή. Επομένως, η πολυαρμονική μέθοδος εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της απόκρισης αζυγοσταθμίας των αξόνων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα αποτελέσματα της μεθόδου είναι πανομοιότυπα με αυτά της μεταβατικής απόκρισης, χρησιμοποιώντας μάλιστα τις πρώτες τρεις ή, ακόμα και, μόνο την πρώτη αρμονική. Εξετάζεται μια μεγάλη ποικιλία περιπτώσεων, συγκεκριμένα κυκλικές και ελλιπτικές τροχιές, γύρω από τη μέση γραμμή της μηχανής ή διαφορετικά, ώστε να πιστοποιηθεί η εγκυρότητα της μεθόδου. Για την παρούσα εργασία, ένα μοντέλο βασισμένο στην προσέγγιση στενών εδράνων εφαρμόζεται για τον υπολογισμό (αναλυτικό ή αριθμητικό) των μη-γραμμικών δυνάμεων. Παρόλαυτα, η πολυαρμονική μέθοδος είναι εντελώς ανεξάρτητη από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται. ΄Ετσι, οποιοσδήποτε τύπος ή μοντέλο εδράνου ή αποσβεστήρα συμπίεσης ελαίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τη μέθοδο. Τέλος, εισάγονται στα δύο μοντέλα αξόνων έδρανα με συντελεστές που εξαρτώνται από την ταχύτητα περιστροφής. Τα αποτελέσματα της ιδιοδιανυσματικής και της γραμμικής αρμονικής ανάλυσης συγκρίνονται με αυτά των εδράνων με σταθερούς συντελεστές. Η χρήση αυτών των εδράνων μεταβάλλει σημαντικά την ποιότητα των αποκρίσεων των αξόνων.	el
heal.abstract	The use of constant bearing stiffness and damping coefficients is common practice in the preliminary design stages of aircraft engines. Though linear analysis is especially time-efficient, it does not always provide accurate results. Hence, the effect of speed and eccentricity dependent bearing stiffness and damping on the dynamic behaviour of jet engines is examined in the present thesis. Jet engine rotors are usually supported by rolling element bearings, which may absorb axial thrust, but provide minimal damping. Therefore, squeeze film dampers are employed in order to provide additional external damping and avoid dangerous rotor vibrations. Rolling element bearings and squeeze film dampers typically introduce nonlinearities and speed dependent phenomena in the rotor system. Hence, their employ in the jet engine system is a crucial topic. Methods concerning the linearization of journal bearings are very common in literature. Unfortunately, this is not the case with squeeze film dampers although they are widely used in aerospace industry for almost half a century. Therefore, a new multi-harmonic method is suggested for the solution of nonlinear systems in the frequency domain. The steps of the method are thoroughly explained in the present thesis. In brief, nonlinear bearing forces exerted on the casing and rotor(s) result from journal orbits. Afterwards, the forces along the orbit are approximated by harmonic functions utilizing Discrete Fourier Transform. Finally, the rotor response arises iteratively from the solution of as many systems of equations as the number of harmonics. A Jeffcott rotor model and a realistic jet engine model are employed for the simulations conducted for the current thesis. The results of linear harmonic analysis with constant coefficients are compared to the transient response and they are proved to be extremely inaccurate. Therefore, the multi-harmonic method is applied for the calculation of the rotor unbalance response. In most cases presented, the results provided from the method are identical to the transient response, utilizing the first three or, even, just the first-order harmonic. A wide variety of cases are examined in order to verify the validity of the method. Specifically, cases of circular and elliptic orbits about either the centerline of the engine or off-centered points are presented. For the purposes of the thesis, a model based on the short bearing approximation is applied for the derivation of analytical formulas for the nonlinear forces exerted by squeeze film dampers. However, the multi-harmonic method is completely independent from the method applied for the calculation of the forces. Hence, any type or model of squeeze film damper and bearing can be used in combination with the method. Finally, speed dependent bearings are employed in both models. The corresponding results of modal analysis and linear harmonic analysis are compared to the results of constant bearing coefficients. The application of speed dependent bearings proves to change significantly both the critical speeds and the amplitudes of the rotors.	en
heal.advisorName	Χασαλεύρης, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false