燃机并入冲击载荷下推进轴系动态响应特性研究

为评估联合动力装置中燃机并入冲击载荷作用下推进轴系的动态响应情况,从 SSS离合器的啮合过程出发,建立其动力学仿真模型并进行仿真计算,发现阻尼油腔在降低轴向碰撞力的同时伴随产生扭矩冲击,对轴系安全性造成影响。将不同工况下的燃机并入冲击扭矩作为激励源,对推进轴系进行瞬态响应计算,得出轴系的动态响应,其中螺旋桨轴最大应力为32.77MPa,动力涡轮轴最大应力为78.17MPa。结果表明：燃机并入过程中,油腔阻尼特性和燃机加载特性对冲击载荷及轴系响应有显著影响。为确保轴系运行的安全性,应适当选取油腔阻尼参数并尽可能在低工况下进行燃机并入操作。     

冰区船舶电力推进轴系瞬态扭振计算研究

为获得船舶电力推进轴系在冰载荷冲击作用下的时域瞬态扭转振动响应,采用经典的频域集总参数多质点模型,基于该模型对电力推进轴系时域瞬态扭振计算中的计算方法、轴系转速降、激励、阻尼等关键技术及影响因素进行研究,提出冰载荷冲击作用下电力推进轴系时域瞬态扭振计算的流程。以极地运输船电力推进轴系为研究对象,对该船推进轴系进行时域瞬态扭振计算,获得推进轴系在冰载荷冲击作用下的轴系转速降及动态响应。实例仿真结果表明,2#中间轴最大应力幅值与国外计算报告的相对误差为1.0%,验证了计算方法及程序的正确性。     

基于UG 的燃气轮机起动离合器动力学仿真

为了解某燃气轮机起动离合器的工作过程,采用UG运动仿真技术对该离合器的起动和脱离过程进行了动力学仿真研究。根据离合器的结构建立了3维实体模型并设置了载荷输入,计算了在起动瞬间制动爪的受力情况和在脱离阶段各零件的运动状态。研究结果表明:在起动瞬间,棘轮和制动爪之间的空程导致了主动与从动部件之间有较大的冲击作用,可能引起零件失效;在脱开阶段,制动爪能与棘轮的棘齿平稳地脱离,没有因为起动电机的扭矩作用或燃机自身的加速而产生刮碰现象。分析了影响最大冲击力的主要因素,并通过仿真得出了空程距离与最大冲击力之间的关系,对离合器的设计和使用提出了建议。     

无人机活塞式发动机进排气系统优化

针对一款无人机(UAV)用活塞发动机在飞行转速为6500r/min时扭矩较低以及燃油消耗率较高的问题,提出了一种基于自适应遗传算法（GA）的发动机进排气系统优化方法,进行进排气系统改进设计。使用GT-Power软件搭建了该发动机一维仿真模型,并通过台架试验数据验证模型;基于该模型进行了进排气系统结构参数对扭矩和燃油消耗率的敏感性分析,将进气管长度、直径、空滤器后腔容积和排气管长度作为优化变量,使用Matlab进行自适应遗传算法优化,使用Simulink/GT-Power接口实现数据采集和优化结果反馈。通过台架试验验证了优化结果的准确性。结果表明:在飞行转速为6500r/min时,经过优化后的发动机扭矩和燃油消耗率都得到明显改善,扭矩最大可以提高5.51%,燃油消耗率最大降低6.31%。      

超临界二氧化碳涡轮发电机振动试验

搭建20 kW超临界二氧化碳涡轮发电试验系统,开展涡轮发电机轴系临界转速数值仿真研究,对比分析空心轴与实心轴的前4阶临界转速与振型,并计算涡轮的前4阶模态频率。开展转速与负载对轴系振动特性影响的试验研究,采用频谱图分析转速0~48 000 r/min、负载0~20 kW下涡轮端与自由端壳体加速度振动响应。计算与试验结果表明:文中空心转子的临界转速高于实心转子的临界转速,有涡轮转子的临界转速低于无涡轮转子的临界转速。随着负荷从0 kW增加到15 kW,转子工频振动逐渐减小,但出现幅值较低的倍频振动;在转速区域11 000~40 000 r/min,不同功率下驱动端的振动响应低于自由端的振动响应,在转速48 000 r/min时,不同功率下驱动端的振动响应均高于自由端的振动响应。      

一种改进的无人直升机离合器接合控制方法

针对原控制方法的不足,探讨一种提高离合器接合品质的方式.基于某型无人直升机离合器的动力学特性研究,通过分析离合器接合过程对传动系统冲击及传动带寿命的影响,确定了离合器的控制要求.选取离合器主动轮与从动轮的转速作为基本输入参数,确定理想的转速曲线.接合过程的3个阶段依次采用开环控制、闭环控制、开环控制,其中闭环控制采用PID(比例-积分-微分)控制与模糊控制相结合的控制方法,以实现离合器的平稳、快速接合.分别进行原控制方法和改进控制方法的无人直升机离合器接合试验.结果显示:相比于原控制方法,改进控制方法的接合时间缩短了约1/3,最大冲击度减少了2/3以上,滑摩功减少了1/2以上.试验结果表明:采用改进的控制方法可改善离合器的接合品质.      

典型航空座椅/乘员系统水平冲击特性实验

为研究典型航空座椅/乘员系统的水平冲击特性和载荷传递规律，基于结构水平冲击实验台系统，综合考量脉冲波形、假人响应和座椅响应，模拟座椅/乘员系统水平动态冲击过程，测试和分析假人运动过程和运动轨迹、假人内部加速度和载荷响应、座椅结构典型部位加速度和典型部位应变等，并基于实验结果研究座椅/乘员系统动态冲击响应的变化规律。结果表明：假人头部运动显著，假人内部响应变化趋势与加速度脉冲波形相近，且假人骨盆加速度和腰椎载荷最大，受损概率最大；座椅和假人均具有两条载荷传递路径，载荷主要经过座椅后椅腿和假人腰椎部位；座椅结构整体处于弹性变形阶段，典型加速度的变化趋势与加速度脉冲波形相近，后椅腿及其与后椅管和扶手架连接处受载显著应变最大；座椅内部加速度和应变与对应标记点的Z向距离密切相关。     

前飞状态旋翼变转速过程瞬态载荷过冲研究

变转速旋翼在高速及长航时直升机等领域有巨大的应用前景，旋翼变转速过程的瞬态动力学响应及载荷特性，对直升机飞行控制和部件结构设计都至关重要。本文基于相对坐标描述的拉格朗日递推多体动力学方法，构建了一套旋翼变转速过程瞬态动力学分析模型，能够体现动态时变的旋翼转速和旋转角加速度对动力学响应的影响，在此基础上，对旋翼变转速过程的瞬态动力学行为进行了数值仿真分析研究。结果显示，旋翼变转速过渡过程，对摆振方向动力学影响十分显著，进而会引起旋翼轴扭矩瞬态载荷过冲现象；采用平滑进入/改成的变转速策略，有利于减小旋翼轴扭矩过冲载荷；旋翼升转速和降转速过程，会产生不同的动力学影响；变转速过渡时间是影响瞬态动力学特性最重要的因素，随着角加速度的增大，旋翼轴扭矩载荷过冲会急剧增大；旋翼拉力水平、前飞速度等飞行状态参数，主要影响稳定状态下的载荷基准值，对瞬态载荷过冲幅值也具有一定的影响。     

挤压油膜阻尼器转子系统突加不平衡瞬态响应分析

针对发动机转子在运转时可能发生叶片脱落故障,搭建了带挤压油膜阻尼器双盘转子模拟叶片脱落的转子实验台。对转子系统实验装置进行合理简化,利用仿真软件和实验测试验证了模型的合理性与有效性。仿真分析了转子系统参数和油膜参数对突加不平衡瞬态响应特性的影响。结果表明,油膜间隙、油膜长度和支承刚度比都会对加速响应特性产生影响,其中油膜间隙与振动响应幅值呈正相关,油膜长度与之呈负相关,支承刚度比与之关系不定;合理选择参数取值能够提升转子系统稳定性。     

船舶燃机电机混合动力控制方法

在对现有混合动力控制系统进行研究的基础上,提出了新型的燃气轮机和异步电机混合动力系统。采用模块化的设计方法,建立了燃气轮机、异步电机、S.S.S.离合器、并车齿轮箱、并车控制器和螺旋桨等部件的数学模型,进而构建了整个系统的仿真模型。利用外特性法建立了燃气轮机的仿真模型;采用电流滞环跟踪 PWM方法建立了异步电机仿真模型,实现了弱磁调速;建立了 S.S.S.离合器的可靠的仿真模型,能够研究并车时的冲击;设计了 2种推进方式投切策略,实现了混合动力仿真;设计了并车控制器以实现并车过程调节。对混合动力控制策略和并车过程进行了仿真,结果表明所提出的混合动力系统能够正常工作,并车控制器工作较好,并车策略有效,能够减小并车过程中的冲击。     

一种变旋翼转速直升机/涡轴发动机非线性模型预测控制方法研究

为了实现变旋翼转速直升机/涡轴发动机快速响应控制,提出了一种基于神经网络的直升机旋翼预测模型与基于状态变量模型的涡轴发动机预测模型的新型非线性模型预测控制方法。所建目标函数除了包含转速控制指标外,还考虑了经两级变速双离合器传动机构传扭后发动机输出轴的转子动力学特性。不同飞行任务下的数值仿真结果表明:相对于PID控制器而言,非线性模型预测控制器可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下使动力涡轮转速在变旋翼转速过程中的超调量减小50%,下垂量降至0.2%以内,实现了涡轴发动机的快速响应控制的同时,有利于改善发动机使用寿命。     

舰用燃气轮机棘爪式离合器结构优化

为了解决棘爪式离合器因无法承受电机产生的过大冲击载荷而失效的问题,对棘爪式离合器的结构进行分析与优化。在接口和外廓尺寸不变的条件下,采用棘爪柱销一体化设计和均载设计等方法,提出一种新的棘爪式离合器结构,并对其进行仿真分析、关键承力部件静力与冲击强度试验和舰用燃气轮机整机考核试验。结果表明:新的棘爪式离合器承载能力至少提高74%,在过大的冲击载荷作用下仍能正常工作,完全满足舰用燃气轮机的使用需求。     

离合器式螺旋压力机打击特性和锻造过程数值模拟

对离合器式螺旋压力机的力能关系进行系统分析,以阐明其打击特性,进而建立了压力机打击力与工件变形功之间的数学模型。在有限元通用软件的基础上,应用所建立的数学模型对离合器式螺旋压力机上进行的IN718盘件模锻过程进行了有限元数值模拟,并与相关试验结果进行了对比。结果表明,所建立的模型可精确描述离合器式螺旋压力机在锻造过程中的运动学和力能特性,可精确预测锻件变形工艺力、变形功及压力机的打击力,为科学制定此类设备上的锻造工艺和有效控制锻件质量奠定了一定的基础。     

A novel control method for turboshaft engine with variable rotor speed based on the Ngdot estimator through LQG/LTR and rotor predicted torque feedforward

In order to compensate for the disturbance of wide variation in rotor demanded torque on power turbine speed and realize the fast response control of turboshaft engine during variable rotor speed, a cascade PID control method based on the acceleration estimator of gas turbine speed (Ngdot) and rotor predicted torque feedforward is proposed. Firstly, a two-speed Dual Clutch Transmission (DCT) model is applied in the integrated rotor/turboshaft engine system to achieve variable rotor speed. Then, an online estimation method of Ngdot based on the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) is proposed for power turbine speed cascade control. Finally, according to the cascade PID controller based on Ngdot estimator, a rotor demanded torque predicted method based on the Min-batch Gradient Descent-Neural Network (MGD-NN) is put forward to compromise the influence of rotor torque interference. The simulation results show that compared with cascade PID controller based on Ngdot estimator and the one combined with collective pitch feedforward control, the novel control method proposed can reduce the overshoot of power turbine speed by more than 20%, which possesses faster response, superior dynamic effect and satisfactory robustness performance. The control method proposed can realize the fast response control of turboshaft engine with variable rotor speed better.     

某型燃气涡轮发动机风车状态内阻力的计算

由于很多燃气涡轮发动机都缺乏计算风车特性必需的低转速状态的部件特性，给计算发动机风车状态的特性带来了很大的困难。但是，风车特性是燃气涡轮发动机设计和使用过程中必须考虑的，因此，本文参考尤．阿．李特维诺夫提出的计算发动机风车特性的方法，计算了燃气涡轮发动机风车状态时的内阻力。从计算结果分析，该方法不依赖于部件特性，非常适合燃气涡轮发动机的风车特性计算。     

燃气轮机刷丝与平衡盘碰摩的振动故障诊断

针对某型航改燃气轮机压气机机匣振动超限故障,通过时频和振动幅值趋势分析,结合分解检查结果进行了试验验证,发现平衡盘端面与刷环刷丝之间发生碰摩为根本原因,碰摩形式与传统涡轮叶尖与外环块之间的碰摩形式截然不同。通过定性分析发现,激振力主要通过低压涡轮输出轴传递,且因受№1支点的"杠杆"作用,对振动响应进行了放大;碰摩产生的激振力大小主要与引气量和二者间隙相关,刷环刷丝的表面刚性是随引气量变化的变刚度过程,分析了在燃气轮机动力涡轮转速稳定后,压气机动力涡轮基频幅值随燃气发生器转速提高而继续增大的原因,最后得到力学模型和运动方程。     

R0110重型燃气轮机的研制

通过阐述R0110重型燃气轮机的研制过程,总结了该燃气轮机的结构和性能特点。通过对各主要部件的设计、分析计算、试验研究,积累了大量的设计、试验和调试经验,解决了研发过程中所遇到的难点,初步掌握了重型燃气轮机研发的关键技术,基本建立了E＋级重型燃气轮机研发设计平台,为重型燃气轮机的系列化发展以及合成气燃气轮机研制奠定了坚实的基础。     

燃气轮机排气系统整机环境部件特性修正方法

为了探究外界环境条件对燃气轮机排气的影响,以船舶燃气轮机排气系统和船舶整机系统为研究对象,采用合适的物理模型对船用燃气轮机排气部件进行阻力特性、流场分布的仿真分析,进一步提出燃气轮机排气系统的修正方法。对国内外相关的研究现状进行了调研,引出研究内容和研究意义,建立船舶燃气轮机排气系统和整机系统的模型,对模型进行了网格划分,利用数值仿真技术开展不同工况点和风速风向下燃气轮机排气系统的流场特性仿真计算分析。结果表明：得到不同风速风向下排气系统的阻力特性,即总压以及总压损失,温度特性以及引射特性。以整机仿真和部件仿真所得到的数据为基准,建立了燃气轮机排气系统在整机环境从无风到有风的变化条件下的工作特性修正模型。