Multibody modelling of the vibrations in an aircraft engine

Autor:	Mollet, Charly
Jazyk:	angličtina
Rok vydání:	2022
Předmět:	Vibrations Multibody Modelling Rolling Bearings Rotor Dynamics Reduction Processes Vibrationer multikroppsmodellering rullingslager rotordynamik reducktionsprocesser Vehicle Engineering Farkostteknik
Druh dokumentu:	Text
Popis:	During the assembly of aircraft engines, some clearance is left in the rolling bearings mainly to reduce friction. However this clearance might allow the rolling element to vibrate during flight. Indeed, unwanted vibrations called non-synchronous vibrations (NSV) appear on the data recorded by the sensors on some development engines. NSV can be dangerous for the engine so they are closely monitored. To prevent the appearance of the NSV, they are investigated by the engineers as soon as they appear during tests. The main source of the NSV is most likely to be the rolling bearings in the rotor because they induce a non-linear behaviour. The bearings of development engines were investigated on Finite Element Method (FEM) software for example but other methods could bring a contribution for the understanding of the NSV. In this study, a multibody modelling software is used to try to model and explain the observed sub-synchronous vibrations considered as NSV. A model of the rotor of a prototype engine on a FEM software is provided and then reduced to be implemented in the new software. The behaviour of this new model is tested through modal analysis and response to imbalance. Once the model is properly set, a parametric study is performed to see the effect of the thrust, gravity, imbalance weight and clearance on the system. It shows that clearance and gravity are key parameters while thrust and the imbalance weight have a minor impact on the NSV. This study has also helped to fix the parameters used to reproduce the NSV observed in the experiments. Then, a second study focus on the influence of the clearance of the roller bearings on the NSV. This study defines a range of clearance that can be implemented on the engine to avoid the NSV. It also proved that the vibrations were very sensitive to a small change in the clearance values. Finally, by studying the previous configurations, a link between the stiffness of the bearing and the occurrence of the NSV was established. In fact, the NSV appear only when the two roller bearings both have no stiffness because the clearance is not filled by the radial load. The rolling element is thus free to vibrate in its ring. It was noticed that the NSV has more chance to occur if it has already come out earlier in the run-up of the engine. The multibody software is therefore perfectly able to reproduce the vibrations in a rotor. It is now a tool that can be used during the development process. Vid montering av flygplansmotorer lämnas ett spelrum i rullningslagren främst för att minska friktionen. Detta spelrum kan emellertid tillåta att rullelementet vibrerar under flygning. Faktum är att oönskade vibrationer som kallas non-synchronous vibrations (NSV) visas på data som registreras av sensorerna på utveckling motorerna. NSV kan vara farligt för motorn och övervakas därför noggrant.För att förhindra uppkomsten av NSV utreds de regelbundet av ingenjörerna. Den huvudsakliga källan till NSV är troligen rullager i rotorn eftersom de inducerar ett icke-linjärt beteende. Lagren för utveckling motorer undersöktes till exempel med Finita Element-metoden (FEM) programvara men andra metoder skulle kunna bidra till förståelsen av NSV. I denna studie används en multibody-modelleringsprogramvara för att försöka modellera och förklara de observerade subsynkrona vibrationerna som betraktas som NSV. En modell av rotorn till en utveckling motor tillhandahålls i ett FEM-program och reduceras sedan för att implementeras i den nya mjukvaran. Beteendet hos denna nya modell testas genom modal analys och respons på obalans. När modellen är inställd utförs en parametrisk studie för att se effekten av dragkraften, gravitationen, obalansvikten och frigången i systemet.Den visar att frigång och gravitation är nyckelparametrar medan dragkraft och obalansvikt har en mindre inverkan på NSV. Denna studie har också hjälpt till att bestämma de parametrar som används för att reproducera NSV som observerats i experimenten. Därefter fokuserar en andra studie på inverkan av rullagernas frigång på NSV. Denna studie definierar ett intervall av spelrum som kan implementeras på motorn för att undvika NSV. Det visade sig också att vibrationerna var mycket känsliga för en liten ändring av frigångsvärdena.Slutligen, genom att studera de tidigare konfigurationerna, etablerades en koppling mellan lagrets styvhet och förekomsten av NSV. Faktum är att NSV endast visas när de två rullagren båda inte har någon styvhet eftersom spelet inte fylls av den radiella belastningen. Rullelementet är således fritt att vibrera i sin ring. Det märktes att NSV har större chans att inträffa om den redan sker tidigare i motorns start. Multibody-mjukvaran är därför perfekt för att reproducera vibrationerna i en rotor. Det är nu ett verktyg som kan användas under utvecklingsprocessen.
Databáze:	Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz:	http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-318810 Zobrazit plný text záznamu