双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制

研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

对转双转子系统径向-轴向耦合碰摩故障仿真

基于一种新型径向-轴向耦合碰摩的对转双转子系统力学模型,利用数值积分方法,对双转子系统由碰摩导致的振动特性进行了仿真研究。分别给出了低压转子单独径向-轴向耦合碰摩、高压转子单独径向-轴向耦合碰摩和高低压转子共同径向-轴向耦合碰摩下的轴心轨迹、幅值谱图和时域波形图。仿真研究结果表明：在低压转子单独发生径向—轴向耦合碰摩且转速比较低时,低压转子节点的时域波形具有一定的拍振效应,随转速比的增加,拍振效应逐渐消失,但高压转子节点的时域波形,在3种转速比下均没有拍振效应;在高压转子单独径向-轴向耦合碰摩转速比较低时,高低压转子节点的时域波形均表现出一定程度的拍振效应,随转速比的增加拍振效应也逐渐消失,但时域波形却变得“复杂化”;在高低压转子共同发生径向-轴向耦合碰摩时,在所有转速比下,高低压转子节点的时域波形均没有表现出拍振效应。     

基于2种中介轴承的对转双转子系统耦合碰摩动力学模型

以2种不同支承形式的中介轴承双转子结构系统为研究对象,建立了对转双转子系统轴向一径向耦合碰摩有限元动力学模型。基于陀螺效应引起轮盘偏转产生轴向位移,导致轴向碰摩的假设,给出了轴向碰摩力与节点坐标之间的表达式,考虑了不同支承形式的中介轴承耦合力处理方式,并以此为基础详细推导了系统的振动微分方程。模型既能描述转静间的轴向碰摩和径向碰摩,又允许轴向碰摩和径向碰摩独立发生,亦可共同发生。     

带阻尼线圈的无轴承永磁同步电机控制研究

分析了无轴承永磁同步电机(BPMSM)的悬浮原理,在转子中加入了一组阻尼线圈,建立了带有阻尼线圈BPMSM径向悬浮力的精确数学模型。通过对加入阻尼线圈前后的数学模型进行计算、对比、分析,证明了阻尼线圈对转子稳定性的增强。采用转子磁场定向控制策略设计并构建了BPMSM的控制系统,对转子的位移等参数进行仿真。结果表明加入阻尼线圈后,有效提高了电机的稳定悬浮性能及系统的鲁棒性。     

磁悬浮无刷直流电机新型直接悬浮力控制

针对磁悬浮无刷直流电机(BBLDCM)这一非线性、强耦合系统,为解决悬浮系统控制难度大、转子抖动严重等问题,设计了一种新型的直接悬浮力控制策略。借鉴传统的无刷直流电机直接转矩的控制思想,依据BBLDCM运行特点,推导出不同状态下的悬浮力矢量,并给出了悬浮绕组导通表,同时阐明了新型直接悬浮力工作过程。最后通过Simulink对所提控制策略进行仿真验证,结果表明该方法不仅能够实现转子稳定悬浮,而且有效削弱了悬浮转子的抖动,简化了悬浮控制系统,提高了悬浮系统的控制精度。     

行波型旋转超声电机定转子设计及有限元分析

研究了行波型旋转超声电机定转子接触动力传递机理,完成了超声电机关键部件定子、锥柔性转子设计,建立了考虑定转子径向滑移的三维接触模型以及有限元模型,分析了超声电机定子表面质点幅频特性、谐振速度以及径向位移量与齿高之间的关系。通过比较锥柔性、柔性转子与定子接触面质点径向相对位移,阐释了锥柔性转子通过自身弹性变形能更好地贴合在定子齿表面,减少定转子间相对滑移量并能提高超声电机的输出效率。最后通过合成一个行波周期内定子表面质点的位移轨迹,验证了定子驱动转子旋转运动的方式为椭圆运动。仿真结果对行波型旋转超声电机的设计具有指导意义。     

基于转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的电机性能研究

针对传统路法在定量分析转子轴向通风孔尺寸对电机性能影响时表现出的狭隘性,以1台400 kW、6 000 V高压异步电动机为例,建立了场-路耦合的二维瞬态电磁场时步有限元模型,分别对不同的转子轴向通风孔尺寸拓扑结构下电机内的电磁场进行了计算,分析了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机内气隙磁密、损耗、径向电磁力等电磁特征量影响的演变规律。以此为基础,探讨了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机起动、运行性能的影响。最后,通过对比电机有限元计算结果与试验结果,验证了计算方法的准确性,为转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的设计和优化提供了理论依据。     

气垫悬浮技术的应用研究

航空制造业对飞机的装配时间和装配质量提出较高要求,建立移动式生产线可有效提高飞机的装配效率和质量。结合Q400机身对接产品移动式生产线的建立,对气垫悬浮装置的工作原理和特点进行深入研究,着重对移动型架的结构进行设计说明和有限元分析,对气垫装置的布置、数量、驱动力等主要技术参数进行详细地计算分析。通过将气垫悬浮装置应用于移动式生产线,证明该装置满足飞机装配高质高效的要求。研究结果可作为其他飞机移动式生产线设计的参考和借鉴。     

静电悬浮微加速度计气膜阻尼分析

气膜阻尼对静电悬浮微加速度计系统的动态特性有着重要的影响。本文首先根据流体力学理论,构建了描述微加速度计内部气体压膜阻尼特性的线性Reynolds方程和描述微加速度计内部气体滑膜阻尼特性的线性Navier-Stokes方程,推导出悬浮质量块在轴向和径向运动时的气膜阻尼系数,并进行比较。然后采用ANSYS软件进行仿真分析,结果表明,解析误差在10%以内。     

某型无人机系统涡轮阻尼器的性能仿真

涡轮阻尼器作为制动装置应用于某型无人机气液压发射系统和拦阻网回收系统.建立了阻尼器的阻尼力矩数学模型,并进行仿真计算和数值分析.结果表明:转子半径、流体介质密度对阻尼力矩的影响起主导作用;定子半径、转子叶片与定子叶片轴向间隙、流体介质动力黏度对阻尼力矩的影响相对较小.采用具有不同结构尺寸和不同流体介质的阻尼器进行阻尼力矩的测量试验,研究结果表明仿真结果与试验结果表现出较好的一致性,证明了阻尼力矩数学模型的正确性,为涡轮阻尼器的工程研制提供可靠的理论依据.      

无轴承异步电机研究与实现

 对无轴承异步电机中悬浮力产生原理, 以及如何实现电枢转矩和悬浮力解耦控制的工作原理做了简要介绍, 并提出了以功能强大的高速数字信号处理器(TMS320F240) 为控制核心的数模混合控制电路。对原理样机的悬浮实验分析表明, 提出的悬浮系统能够在稳速和变速过程中满足悬浮要求, 并且转轴的径向位移不超过50Lm。     

实心转子—电磁轴承系统的损耗分析

当径向电磁轴承中的转子旋转时,转子中将产生涡流。当转子为非叠片结构时,所产生的涡流较大,此涡流将改变电磁轴承气隙回路中的磁场。因此,作用在转子上的磁场力除磁浮力之外,还将作用有切向力,此切向力将产生磁阻尼,引起能量损耗。本文提出了一实心转子—电磁轴承系统的磁场分布模型,给出了相应磁浮力和切向力的计算公式,以实际系统为例,进行了相应计算和损耗分析,并在实际系统上进行了实验。结果表明计算与实验较吻合。      

球面磁悬浮万向飞轮转子轮盘优化设计

为实现磁悬浮飞轮的磁路解耦,消除磁轴承相互干扰,提出一种球面磁悬浮万向飞轮转子方案,采用轴向和径向两个球面磁阻式磁轴承控制转子的3个平动自由度,结合洛伦兹力磁轴承实现了磁悬浮飞轮转子五自由度全主动控制、全通道磁路解耦,以精确控制飞轮转子万向偏转,为提升磁悬浮飞轮姿态控制力矩带宽和姿态敏感精度提供了方案支持。根据球面转子结构特性,以质量为优化目标,以一阶共振频率、最大等效应力、刚体位移、极转动惯量、惯量比、质心与形心距离为约束条件,利用多学科优化软件iSIGHT集成ANSYS有限元分析软件,选取序列二次规划算法,对球面转子轮盘进行优化设计。结果表明,在满足设计指标的同时,轮盘质量降低了2.98%,质心与形心的距离大幅降低了1个数量级,仅为12 μm,转子高速旋转时的刚体位移为13.65 μm,有效保证了球面转子在工作时的稳定性和可靠性。     

适用于无轴承开关磁阻电机的功率变换器设计

 无轴承开关磁阻电机不仅具有开关磁阻电机的优点,而且拓宽了无轴承技术的应用范围。而功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其向电机绕组提供电流,以产生所需转矩和悬浮力,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。根据无轴承开关磁阻电机电磁转矩和悬浮力控制原理,详细分析了其对功率变换器的要求,提出了主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器的设计原则,并分析了其各种工作模式和数学模型。最后通过对实验样机的调试,给出了实验结果,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

应用于高速磁浮滑橇系统的常导电磁铁结构设计与优化

采用常导磁悬浮技术来解决传统高速滑橇系统中滑橇磨损严重、橇体振荡剧烈等问题。阐述了一套以浮重比为优化目标、纯电励磁与混合励磁式通用的常导悬浮电磁铁的设计流程,建立了悬浮电磁铁的等效磁路模型,并根据悬浮系统的设计输入要求完成了纯电励磁和混合励磁式悬浮电磁铁的初步设计;在此基础上,借助Ansoft有限元仿真软件,完成了两种悬浮电磁铁结构的优化。对比分析两者的设计参数,结果表明:在铁心饱和磁密为1.8 T的限制条件下,电磁铁的磁极截面为正方形时,其浮重比最高;对于混合励磁式电磁铁而言,永磁体的加入大幅减小了电磁铁的体积与自重,显著提高了电磁铁的浮重比,能够增加系统的有效载荷,且降低系统的能耗。     

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统，实现了其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本在研究电机磁悬浮机理的基础上，提出了利用气隙磁场定向控制来实现两之间的动态解耦控制。仿真实验也证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮，而且使电机具有良好的调速性能。     

Unsteady Flow Variability Driven by Rotor-stator Interaction at Rotor Exit

Numerical investigation of the unsteady flow variability driven by rotorstator interaction in a transonic axial compressor is performed. Two models with close and far axial gap between rotor and stator rows are studied in the simulation. Particular attention is attached to the analysis of mechanisms involved in driving rotor wake oscillation, rotor wake skewing and flow angle fluctuation at rotor exit. The results show that smaller axial gap is favorable to enhance the interaction in the region between two adjacent rows, and the fluctuation of the static pressure difference between two sides of rotor wake is improved by potential field from down stator, which is the driving force for rotor wake oscillation. The interaction between rotor and stator is weakened by increasing axial distance, rotor wake shifts to suction side of rotor blade with 5%-10% of rotor pitch, the absolute value of flow angle at rotor exit is less than that in the case of close interspace for every time step, and the fluctuation amplitude is also decreased.     

压电陶瓷在发动机推力测量中的应用研究

在发动机推力测量系统的原位校准中,运用了压电陶瓷驱动装置准确快速控制力值的方法,研制了原位校准自动化装置。该装置借助微机和自动控制技术,通过控制作用于压电陶瓷驱动装置上的电场强度改变其输出位移,达到精确控制力值的目的,实现原位校准自动化。试验结果表明,该装置可实现手动、半自动和全自动三种控制方式进行原位校准,加值准确度高,适用于所有喷气动力发动机的推力测量。     

喘振载荷作用下转子系统瞬态响应研究

通过对发动机喘振载荷的空间域和时域分布的分析,提出非对称旋转失速团可产生的径向激振力,使转子系统发生横向振动。发展了利用压力脉动数据判定横向旋转气动载荷的处理方法,对燃气涡轮发动机在喘振载荷作用下转子系统的瞬态响应进行了计算分析。计算结果表明,在由喘振引起的气动载荷上转子系统会产生强迫振动和自由衰减振动相交替的低频周期振动。