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김시태 (공군사관학교) 정기현 (공군사관학교) 이준호 (공군사관학교) 박기현 (공군사관학교) 양광진 (공군사관학교)
저널정보
한국트라이볼로지학회 Tribology and Lubricants Tribology and Lubricants 제36권 제2호
발행연도
2020.4
수록면
105 - 115 (11page)

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This paper presents a numerical study on the rotordynamic analysis of a dual-spool turbofan engine in the context of blade defect events. The blades of an axial-type aeroengine are typically well aligned during the compressor and turbine stages. However, they are sometimes exposed to damage, partially or entirely, for several operational reasons, such as cracks due to foreign objects, burns from the combustion gas, and corrosion due to oxygen in the air. Herein, we designed a dual-spool rotor using the commercial 3D modeling software CATIA to simulate blade defects in the turbofan engine. We utilized the rotordynamic parameters to create two finite element Euler–Bernoulli beam models connected by means of an inter-rotor bearing. We then applied the unbalanced forces induced by the mass eccentricities of the blades to the following selected scenarios: 1) fully balanced, 2) crack in the low-pressure compressor (LPC) and high pressure compressor (HPC), 3) burn on the high-pressure turbine (HPT) and low pressure compressor, 4) corrosion of the LPC, and 5) corrosion of the HPC. Additionally, we obtained the transient and steady-state responses of the overall rotor nodes using the Runge–Kutta numerical integration method, and employed model reduction techniques such as component mode synthesis to enhance the computational efficiency of the process. The simulation results indicate that the high-vibration status of the rotor commences beyond 10,000 rpm, which is identified as the first critical speed of the lower speed rotor. Moreover, we monitored the unbalanced stages near the inter-rotor bearing, which prominently influences the overall rotordynamic status, and the corrosion of the HPC to prevent further instability. The high-speed range operation (>13,000 rpm) coupled with HPC/HPT blade defects possibly presents a rotor–case contact problem that can lead to catastrophic failure.
#turbofan engine(터보팬 엔진) #blade defect(블레이드 손상) #dual-spool rotor(이축식 로터) #rotordynamics(로터동역학)

목차

Abstract
1. 서론
2. 유한요소 이축식 로터 모델링 및 비선행 해석법
3. 선형 해석
4. 블레이드 손상 시나리오 및 해석 결과
5. 결론
References

참고문헌 (13)

참고문헌 신청
Lee, D. -H. / 2007 / The Dynamic Performance Analysis of Foil Journal Bearings Considering Coulomb Friction : Rotating Unbalance Response / J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng 23(5):219~227 Crossref 김규만 / 2018 / 볼 베어링과 스퀴즈 필름 댐퍼로 지지되는 차량용 터보차저의 회전체동역학 해석: 스퀴즈 필름 댐퍼 설계 인자와 회전체 불균형 질량의 영향 / 한국트라이볼로지학회지 34(1):9~15 dbpia 박지수 / 2019 / 2.2 kW급 유도전동기의 회전자 적층구조를 고려한 회전체 동역학 해석모델 개발 및 베어링 간극의 영향 분석 / 한국트라이볼로지학회지 35(3):158~168 dbpia Zhao, J. Y. / 1995 / Eccentric Operation and Blade-Loss Simulation for a Rigid Rotor Supported by an Improved Squeeze Flim Damper / ASME J. Tribol 117(3):490~497 google schola Kirk, R. G. / 1976 / A Note on Blade Loss Dynamics of Rotor-Bearing Systems / J. Engineering for Industry 98(2):497~503 google schola

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