近日，南京航空航天大学周瑾教授团队在航空发动机转子动力学领域取得新进展，相关研究成果以“Synergy effect of stacked assembly errors and temperature fields on the dynamic characteristics of assembly rotor”为题发表在期刊Mechanical Systems and Signal Processing。南京航空航天大学为第一完成单位，赵亚正博士为论文第一作者，徐园平教授为通讯作者，周瑾教授、姜智强硕士和李沅珂硕士参与了本项研究。

航空发动机装配转子不可避免地受到加工与装配误差影响，同时在启停及非均匀热环境下会产生温度梯度和热弯曲。累积装配误差与非均匀温度场共同改变转子的几何形态和质量分布，进而影响振动响应与运行稳定性。然而，现有文献对其协同作用下的转子动力学特性研究仍不充分。针对这一问题，本文建立了同时考虑累积装配误差与非均匀温度场的组合连接转子动力学模型，综合分析了装配相位、温度梯度及二者协同作用对转子振动响应和轴心轨迹的影响。结果表明，合理调整不同装配面的周向相位可有效降低转子振动；相较于整体温度水平，径向温度梯度对转子热弯曲及动力学响应的影响更加显著；装配误差与热弯曲共同作用时，两类激励并非简单线性叠加，其相位关系会显著影响振动响应，部分工况下可能产生一定的相互抵消效应。

为验证所建立模型的准确性，研究团队搭建了非均匀温度场下组合连接转子动力学试验平台。装配误差旋转试验中，数值预测与试验振动响应整体吻合良好。进一步通过分区加热构造不同径向温度梯度，并利用多点温度测量与位移传感器同步获取转子温度场和振动响应，在室温及四组不同非均匀温度场条件下开展旋转试验。结果表明，随着径向温度梯度增大，装配转子的振动幅值呈明显增加趋势，理论预测与试验结果保持高度一致，各工况振动幅值相对误差均低于3.3%。

该研究从装配制造误差与服役热环境协同作用的角度，建立了装配转子热弹耦合动力学分析框架，揭示了累积装配误差、温度梯度及其相互作用对转子弯曲和振动响应的影响机制，并通过非均匀温度场下的旋转试验进行了验证。相关成果为航空发动机多级装配转子在复杂热环境下的动力学性能预测、装配相位优化及振动控制提供了理论依据，对提高航空发动机转子系统的装配精度、运行稳定性与可靠性具有重要意义。

图1 非均匀温度场下转子热变形示意图

图2 转子堆叠装配误差示意图

图3 不同激励相位下的响应分析

图4 非均匀温度场组合连接转子试验台

论文链接：Synergy effect of stacked assembly errors and temperature fields on the dynamic characteristics of assembly rotor