带有挤压油膜阻尼器的转子系统动力学相似设计

针对航空发动机中常见的带有挤压油膜阻尼器(SFD)转子的动力学相似问题,建立了一种相似建模方法。从带有阻尼的转子的振动微分方程着手,通过方程分析法推导了转子振动过程中的不平衡力相似关系和阻尼力相似关系。以挤压油膜阻尼器的油膜力和油膜方程为基础建立了挤压油膜阻尼器参数与转子相似参数之间的数学关系,并给出了相应的工程设计方法。以某带有挤压油膜阻尼器的单转子系统为例,建立了带有挤压油膜阻尼器的相似转子系统,使用有限元法分析了该转子系统与其相似系统的动力学特性,分析结果显示：在仅考虑转子系统内挤压油膜阻尼器阻尼的情况下相似系统的不平衡响应与原转子系统不平衡响应误差低于1%。     

SFD用于某导弹发动机的改型研究

以某导弹发动机双转子系统为研究对象，将弹支挤压油膜阻尼器（简称ＳＦＤ）用于内转子进行了动力特性分析。应用传递矩阵和线性迭代方法，分别计算了发动机用与不用ＳＦＤ的转子系统的临界转速、不平衡响应和外传力。结果表明：弹支挤压油膜阻尼器大大减小了转子振动的振幅和外传力。特别是该发动机的工作转速为２５０００ｒ／ｍｉｎ，不用弹支挤压油膜阻尼器时，其二阶临界转速为２２６００ｒ／ｍｉｎ，与工作转速相当接近，用了我们设计的弹支挤压油膜阻尼器后，二阶临界转速降低到１５４００ｒ／ｍｉｎ，显然，发动机工作时的振动性能会大大改善。     

转子系统挤压油膜阻尼器设计与动力特性

鉴于挤压油膜阻尼器(SFD)设计必须要同时考虑转子系统的动力学特性,提出了一种转子系统与挤压油膜阻尼器耦合设计方法,给出了详细的设计流程。对所设计的阻尼器进行了CFD数值模拟、油膜压力测量以及减振效果实验,结果证明所提出的设计方法是有效的。相比未采用阻尼器,采用阻尼器后转子系统两个转盘的振幅分别下降了46%和39%。通过实验还研究了不平衡量、支承刚度、供油压力和滑油温度对挤压油膜阻尼器减振效果的影响。结果表明,相比于不平衡量和支承刚度对减振效果的影响,供油压力和滑油温度的影响并不显著。进行挤压油膜阻尼器设计时,重点应该关注转子上的不平衡量大小和支承刚度。     

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响实验研究

为研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,设计了可单独改变油膜间隙的柔性转子系统,针对不同静偏心条件下,阻尼器减振性能,转子的抗振性能和非线性振动特征进行了实验研究。结果表明:静偏心会导致转子系统临界转速增大;静偏心比εs小于0.6,转子临界峰值随静偏心比增大而减小,εs在0.6~1.0范围内增大时临界峰值随静偏心比增大而大幅增大;εs增大时阻尼器失效不平衡量大幅减小,转子不平衡裕度和抗振性能大幅下降,将εs控制在0.2以内时,静偏心不会恶化阻尼器的阻尼效果;静偏心比(εs0.2)较小时,阻尼器失效表现为典型双稳态跳跃,静偏心比(εs0.3)较大条件下,阻尼器失效时可能表现出软弹簧非线性振动与非协调振动;根据阻尼器失效转子振动特征可判断阻尼器静偏心水平。     

挤压式磁流变液阻尼器—转子系统的振动控制试验

以小型航空发动机的转子和支承结构为设计参考,设计和制造了一种支承在挤压式磁流变液阻尼器上的单盘转子系统,并试验研究了在不同控制电流条件下系统的不平衡响应特性。试验发现,磁拉力对一阶临界转速和临界振幅的影响可以忽略;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使临界转速增加。根据这一特性,提出用开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果。研究表明,挤压式磁流变液阻尼器具有结构简单、控振效果明显、反馈迅速等特点,在高速柔性转子系统的振动控制中极具应用前景。      

浮环挤压油膜阻尼器对模拟低压转子突加不平衡响应影响分析

为了研究浮环挤压油膜阻尼器对涡轴发动机模拟低压转子突加不平衡响应的影响,建立了考虑多种耦合的带浮环挤压油膜阻尼器模拟低压转子的动力学模型,推导其运动方程并采用数值方法进行了求解,分析了系统响应随浮环与轴承质量比值、支承刚度和油膜间隙等设计参数的变化.研究表明:相比传统挤压油膜阻尼器,浮环挤压油膜阻尼器更好地抑制了转子系统加速过临界时的瞬态响应以及稳速和升速过程中的突加不平衡响应;增大浮环与轴承质量比值、减小弹性支承刚度和挤压油膜间隙,能够更好地抑制突加不平衡响应的瞬态振幅和瞬态过程;转子系统由于油膜非线性引起的双稳态大振幅区会随浮环与轴承质量比值的增大而减小,而随挤压油膜间隙值的减小而增大.      

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

为了研究在瞬态冲击（突加不平衡）下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果，设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台，开展突加不平衡动力学实验，获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应，降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%，同时抑制了转子经过临界转速的基频振动（幅值最大降低了62.18%）;ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼，其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下，1阶临界转速降低2.39%。     

解决某型高速组合压气机临界转速问题

介绍了解决我国某小型航空发动机组合压气机试验件转子动力学问题的理论与试验研究。在对轴系临界转速特性计算分析后, 将转子原前、后两支承均改造成弹性支承加挤压油膜阻尼器(简称双阻尼弹性支承), 并将阻尼器设计成非惯例的结构形式, 终于排除了原试验件的振动故障, 运行稳定。      

带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性

建立了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子动力学模型,利用非线性微分方程多周期解求解方法,对不同系统参数组合下的动力学方程进行求解,研究了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性的影响规律,比较了带与不带挤压油膜阻尼器系统稳定周期解的动力学特性.通过频谱分析得出:忽略挤压油膜阻尼器时双稳态区主要为基频振动,考虑挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子在双稳态区除了基频振动外,还有倍频的出现.      

金属橡胶挤压油膜阻尼器阻尼性能分析

为了降低发动机转子高速旋转产生的振动，提高发动机的使用寿命，设计了一种端部安装金属橡胶环的新型挤压油膜阻尼器，并在π油膜假设条件下，利用斯托克斯方程和雷诺方程，给出了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的流量表达式以及非线性油膜力的近似表达式。通过传统短挤压油膜阻尼器和新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的流量特性和油膜力特性的对比分析，表明新型金属橡胶挤压油膜阻尼器具有更好的阻尼性能和良好的节流特性。并通过试验证明了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器具有更好的阻尼减振效果。     

新型动静压挤压油膜阻尼器对转子系统振动的控制能力

以改善传统的挤压油膜阻尼器 (SFD)油膜力高度非线性的不足为目的 ,提出了一种新型的阻尼器 ,即动静压挤压油膜阻尼器 (HSFD)。在推导出无周向回油槽深油腔 HSFD油膜力近似解的基础上 ,以小孔节流的 HSFD为例 ,对其油膜力的动力特性进行了分析 ,并从理论及试验上研究了 HSFD对转子系统振动的控制作用。结果表明 HSFD不仅能够明显地改善 SFD油膜力的高度非线性特性 ,克服在 SFD系统中经常出现的具有极大振动的双稳态现象 ,而且还具有更有效的减振效果     

Nonlinear vibration response characteristics of a dual-rotor-bearing system with squeeze film damper

Rolling bearing and Squeeze Film Damper (SFD) are used in rotor support structures, and most researches on the nonlinear rotor-bearing system are focused on the simple rotor-bearing systems. This work emphasizes the comparative analysis of the influence of SFD on the nonlinear dynamic behavior of the dual-rotor system supported by rolling bearings. Firstly, a reduced dynamic model is established by combining the Finite Element (FE) method and the free-interface method of component mode synthesis. The proposed model is verified by comparing the natural characteristics obtained from an FE model with those from the experiment. Then, the steady-state vibration responses of the system with or without SFD are solved by the numerical integration method. The influences of the ball bearing clearance, unbalance, centralizing spring stiffness and oil film clearance of SFD on the nonlinear steady-state vibration responses of the dual-rotor system are analyzed. Results show that SFD can effectively suppress the amplitude jump of the dual rotor system sustaining two rotors unbalance excitations. As the ball bearing clearance or unbalance increases, the amplitude jump phenomenon becomes more obvious, the resonance hysteresis phenomenon strengthens or weakens, the resonant peaks shift to the left or the right, respectively. SFD with unreasonable parameters will aggravate the system vibration, the smaller the oil film clearance, the better the damping performance of the SFD, the larger the centralizing spring stiffness is, the larger resonance amplitudes are.     

同心与非同心型挤压油膜阻尼器减振能力的实验比较

为了比较带定心弹簧的同心型与不带定心弹簧的非同心型挤压油膜阻尼器(SFD)的减振能力，在同心型与非同心型SFD 多盘柔性转子系统实验装置上进行了不同转子不平衡质量及油膜径向间隙条件下的系列试验。结果表明:相对于刚性及纯弹性支承，两种SFD都能够有效地减小转子系统的振动。在同心型SFD 柔性转子系统中，当SFD的作用相对定心弹簧的作用较弱时，可以用定心弹簧来调整转子系统临界转速的位置，转子的临界转速在弹支临界转速附近；当SFD的作用相对定心弹簧的作用较强时，定心弹簧对转子系统临界转速的影响不大，转子的临界转速在刚支临界转速附近。非同心型SFD 转子系统的非线性特性比同心型SFD转子系统更为复杂，不仅会出现主共振，而且还会出现超谐共振及亚谐共振。      

结构对称的SFD—柔性转子系统双稳态现象发生规律研究

通过理论计算,研究了结构对称的带定心弹支挤压油膜阻尼器（ＳＦＤ）—柔性转子系统双稳态现象的发生规律。说明了计算双稳态特性的方法,以轴承参数Ｂ、刚度比ｆ 和质量偏心Ｕ 作为基本参数来分析双稳态特性,并得出了Ｂ—Ｕ 及ｆ—Ｕ值范围。结果表明,只要设计参数选择合理,使Ｂ,ｆ 和Ｕ值不在此范围内,即可避免双稳态现象的发生     

高效多孔环挤压油膜阻尼器的减振特性研究

根据高速旋转机械振动控制发展的需要 ,研究并开发了一种新型阻尼器 ,即高效多孔环挤压油膜阻尼器 ( PSFD)。本文分析了这种阻尼器对刚性转子的稳态和突加不平衡瞬态振动的控振能力及抑制非协调进动的能力、研究了它对柔性转子的减振特性。结果表明这种阻尼器除具有现用挤压油膜阻尼器 ( SFD)的优点外 ,还具有远为优越的控振能力 ,可大大提高转子系统的不平衡量承载能力及工作的可靠性和稳定性。     

高效油膜阻尼器的研究与开发

本文根据高速旋转机械振动控制发展的需要,研制、开发了一种基于挤压油膜阻尼器(SFD)的更有效的新型阻尼器,即多孔环挤压油膜阻尼器 (PSFD)。从理论和实验两方面研究了 PSFD和 SFD对转子振动的控制效能。研究表明 PSFD具有更有效的控振作用,能大大提高转子系统的不平衡承载能力及工作的稳定性和可靠性.      

挤压油膜阻尼器转子系统非线性动力特性分析

为了对挤压油膜阻尼器（SFD）-转子系统非线性动力特性进行分析，提出了油膜力数据库方法，即将挤压油膜阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围从（-∞, ∞）转化到（-1, 1)，给定阻尼器的长径比，用有限差分法建立了挤压油膜阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库，直接或通过插值求得对应运动状态下的非线性油膜力，从而有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。实际算例计算结果表明，该方法无论在速度还是在精度上都能满足要求，对实际转子系统的动力特性分析及优化设计具有一定的应用价值。