Dynamic analysis of jet engine rotors including nonlinearities by advanced squeeze film damper and ball bearing models utilizing harmonic balance method

Βελούδης, Βασίλειος; Veloudis, Vasileios

dc.contributor.author	Βελούδης, Βασίλειος	el
dc.contributor.author	Veloudis, Vasileios	en
dc.date.accessioned	2024-05-28T09:30:31Z
dc.date.available	2024-05-28T09:30:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59518
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27214
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μη-γραμμική Δυναμική	el
dc.subject	Αεροπορικοί Κινητήρες	el
dc.subject	Αποσβεστήρες Συμπιεσμένου Ελαίου	el
dc.subject	Έδρανα κύλισης	el
dc.subject	Απόκριση Αζυγοσταθμίας	el
dc.subject	Nonlinear Dynamics	en
dc.subject	Aircraft Jet Engines	en
dc.subject	Squeeze Film Dampers	en
dc.subject	Rolling Element Bearings	en
dc.subject	Unbalance Response	en
dc.title	Dynamic analysis of jet engine rotors including nonlinearities by advanced squeeze film damper and ball bearing models utilizing harmonic balance method	en
dc.title	Δυναμική ανάλυση αξόνων αεροπορικών κινητήρων με μη-γραμμικότητες από εξελιγμένα μοντέλα αποσβεστήρων συμπιεσμένου ελαίου και εδράνων κύλισης με χρήση μεθόδου αρμονικής ισορροπίας	el
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	2024-02-22
heal.abstract	A jet engine must perform optimally both in the thrust and efficiency categories as well as in the vibration behavior. Excessive vibration levels can compromise the structural integrity of the engine and increase the noise level perceived by the passengers of the aircraft. Therefore, efficient and detailed modeling of the dynamic behavior of the entire engine is of paramount importance. This thesis implements the Harmonic Balance Method with an appropriate condensation technique to efficiently simulate the dynamic performance of a generic, whole engine model in the frequency domain. The novelty of the work lies in the application of the method to whole engine models using not only the short squeeze film damper (SFD) approximation for the calculation of the nonlinear reaction forces but also state-of-the-art approaches developed in recent years. In addition, the work also integrates ball bearing models into the simulations, providing results where the entire SFD configuration is modeled. Similar studies on whole engine simulations in the frequency domain are not yet found in the literature. Through an extensive series of simulations, the study identifies critical simulation and design considerations. The significance of the zero harmonic is emphasized and its replacement by static analysis is challenged. The collaborative design approach, which aligns the stiffness of the SFD support to the desired response, emerges as a critical factor. Furthermore, detailed SFD models reveal the impact of fluid inertia modeling on the dynamic response of the engine, especially when a feed groove is present. The inclusion of ball bearing models also seems to affect the system response, although, for the specific case examined, a fine-tuned stiffness value could be used for the early design stages. Through a collaborative effort, the study extends into the realm of surrogate modeling, demonstrating how various predictive models have the potential to be integrated into nonlinear dynamic simulations as a cost-effective alternative. Collectively, all of the findings enhance the understanding of the intricate relationship between squeeze film dampers, rolling element bearings and the overall system response, providing insights and considerations for efficient jet engine design.	en
heal.abstract	Ένας αεριωθούμενος (jet) κινητήρας πρέπει να αποδίδει βέλτιστα τόσο στις κατηγορίες ώσης και απόδοσης όσο και στη ταλαντωτική συμπεριφορά. Τα υπερβολικά επίπεδα κραδασμών μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τη δομική ακεραιότητα του κινητήρα και να αυξήσουν το επίπεδο θορύβου που γίνεται αντιληπτό από τους επιβάτες του αεροσκάφους. Ως εκ τούτου, η αποτελεσματική και λεπτομερής μοντελοποίηση της δυναμικής συμπεριφοράς ολόκληρου του κινητήρα είναι υψίστης σημασίας. Η παρούσα εργασία εφαρμόζει τη Μέθοδο Αρμονικής Ισορροπίας με μια κατάλληλη τεχνική συμπύκνωσης για την αποτελεσματική προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς ενός γενικευμένου, ολόκληρου μοντέλου κινητήρα αεροσκάφους στο πεδίο της συχνότητας. Η καινοτομία της εργασίας έγκειται στην εφαρμογή της μεθόδου σε ολόκληρα μοντέλα κινητήρα, χρησιμοποιώντας όχι μόνο την προσέγγιση του κοντού αποσβεστήρα συμπιεσμένου ελαίου (ΑΣΕ) για τον υπολογισμό των μη γραμμικών δυνάμεων αντίδρασης, αλλά και σύγχρονες προσεγγίσεις που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια. Επιπλέον, η εργασία ενσωματώνει και μοντέλα εδράνων κύλισης (ρουλεμάν) στις προσομοιώσεις, παρέχοντας αποτελέσματα όπου μοντελοποιείται ολόκληρη η διαμόρφωση του ΑΣΕ. Παρόμοιες μελέτες για προσομοιώσεις ολόκληρου του κινητήρα στο πεδίο της συχνότητας δεν έχουν ακόμη βρεθεί στη βιβλιογραφία. Μέσω μιας εκτεταμένης σειράς προσομοιώσεων, η μελέτη εντοπίζει κρίσιμα ζητήματα προσομοίωσης και σχεδιασμού. Η σημασία της μηδενικής αρμονικής τονίζεται και η αντικατάστασή της από τη στατική ανάλυση αμφισβητείται. Η προσέγγιση συνεργατικού σχεδιασμού, η οποία ευθυγραμμίζει την δυσκαμψία της στήριξης του ΑΣΕ με την επιθυμητή απόκριση, αναδεικνύεται ως κρίσιμος παράγοντας. Επιπλέον, λεπτομερή μοντέλα ΑΣΕ αποκαλύπτουν την επίδραση της μοντελοποίησης της αδράνειας του ρευστού στη δυναμική απόκριση του κινητήρα, ιδίως όταν υπάρχει αυλάκι τροφοδοσίας. Η συμπερίληψη μοντέλων ρουλεμάν φαίνεται επίσης να επηρεάζει την απόκριση του συστήματος, αν και, για τη συγκεκριμένη περίπτωση που εξετάστηκε, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μια ρυθμισμένη τιμή δυσκαμψίας για τα πρώτα στάδια σχεδιασμού. Μέσω μιας συνεργατικής προσπάθειας, η μελέτη επεκτείνεται στον τομέα της παρένθετης μοντελοποίησης, αποδεικνύοντας πώς διάφορα μοντέλα πρόβλεψης έχουν τη δυνατότητα να ενσωματωθούν σε μη-γραμμικές δυναμικές προσομοιώσεις ως μια οικονομικά-αποδοτική εναλλακτική λύση. Συλλογικά, όλα τα ευρήματα ενισχύουν την κατανόηση της περίπλοκης σχέσης μεταξύ των αποσβεστήρων συμπιεσμένου ελαίου, των εδράνων κύλισης και της συνολικής απόκρισης του συστήματος, παρέχοντας πληροφορίες και σκέψεις για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό αεριωθούμενων κινητήρων.	el
heal.advisorName	Χασαλεύρης, Αθανάσιος	el
heal.advisorName	Chasalevris, Athanasios	en
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Koulocheris, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Antoniadis, Ioannis	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Δυναμικής και Κατασκευών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false