航天机主发动机高压燃料涡轮泵转子动力不稳定问题

航天机主发动机高压燃料涡轮泵容易遇到以破坏性大振幅次同步进动为特征的转子动力不稳定问题。本文从转子动力学角度评述高压燃料涡轮泵的原设计和次同步进动问题的进展。评述了用以解释和改进高压燃料涡轮泵稳定性的模型和分析方法。详细讨论了转子动力学模型的下列因素:     

氢涡轮泵转子不稳定因素分析

通过实例说明，液氢低温下钢和铝材料收缩量不同所引起的转子松动可能是氢涡轮泵次同步进动的主要原因。     

次同步进动的识别和消除

一引言近代涡轮泵的特点是高功率重量比,工作转速越来越高,液氢涡轮泵是典型代表。由于受到轴承 DN≤2×10~6和密封摩擦速度≤150米/秒的限制,轴的直径不能很大,一般泵都在超临界状态下工作。超临界状态下轴对于不平衡质量的响应很小,工作比较平稳;但是也提出一些新问题,例如发动机起动和关机时通过临界转速共振区问题,轴的弯曲变形对转子动不平衡度的影响,特别是次同步进动问题。     

氢涡轮泵转子非线性振动

弹性支承设计应该满足临界转速与工作转速间离和转子定心两方面要求。试验和分析结果表明，眼位器的非线性效应使临界转速增大，可能使临界转速与工作转速靠近，此外还可能诱发转子次谐波振动，因此限位器不适于氢涡轮泵转子定心设计。     

用子系统阻抗分析法确定弹性支承轴系的临界转速

本文提出了预示弹性支承轴系临界转速的子系统阻抗分析法。将弹性支承轴系分为转子子系统与支承子系统,假定在交联点处的位移阻抗值,则可由频率方程式确定转子子系统的临界转速。支承子系统的位移阻抗特性可由试验求得,或者,当能够很好地建立支承子系统的数学模型时,也可由计算确定之。按照各子系统在交联点处的阻抗一致的条件,可以用图解法求得整个弹性支承轴系的临界转速。文中列举了具有一个与两个弹性支承的单盘轴系的若干例子。计算与试验结果表明,子系统阻抗分析法,是转子动力学分析与试验研究的一种准确可靠的、经济的方法。     

某小型高速转子临界转速分析

针对某一小型高速转子的实际结构，利用传递矩阵法计算了该转子在不同支承刚度条件下和不同跨度下的临界转速，分析了采用弹性支承与改变支点跨度对转子临界转速的影响。分析结果表明，由于小型转子本身结构特点和尺寸的限制，航空发动机中经常采用的弹性支承（加挤压油膜）结构措施，在小型转子中的应用将会遇到很多困难；而在条件许可下，利用改变支点跨度来调整临界转速是行之有效的     

用子系统阻抗分析法确定转子-弹性阻尼支承系统的临界转速

近二十年来,航空燃气涡轮发动机转子系统的弹性支承设计已逐步取代了早期的刚性支承设计。采用弹性阻尼支承结构的目的是调频与减振。为此,支承与转子的动态特性参数必须有良好的匹配,这就需要进行大量的计算与试验。机械阻抗分析法是预示转子—弹性阻尼支承系统的临界转速及其减振特性的简便有效的手段。 本文在国外关于转子支承系统临界转速的阻抗分析法的基础上,提出转子在与支座交联点上假设阻抗的子系统阻抗分析法,有效地解决双弹性阻尼支承的转子系统临界转速的预示。 给出一系列交联点上的假设阻抗值,由转子子系统的频率方程求得转子子系统相应的共振频率特性。弹性阻尼支座的位移阻抗特性可由计算或试验确定。在平面直角座标系中,转子子系统与支座子系统的特性曲线交点,便是整个系统的共振频率。文中还提出了由曲线图确定共振频率的简易方法。     

高速转子——支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法研究

基于相似理论提出了一种高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法。以某型涡轴发动机燃气发生器转子—支承系统总体结构为研究对象,考虑结构的动力学特性相似,建立了几何尺寸参数、支承刚度的缩尺比例,使缩尺后的转子—支承系统与全尺寸的原型相比,具有临界转速成比例、转子振型保持一致的动力学特性;随后,基于该缩尺模型,指导了供实验室使用的航空发动机整机试验器转子—支承系统的结构设计;最后,建立了整机试验器转子—支承系统的"超模型"并进行仿真计算,结果验证了该相似设计方法的合理性和有效性。     

旋转冲压发动机冲压转子振动模态分析

简要介绍旋转冲压发动机冲压转子设计的工作原理及安装结构,以ANSYS有限元分析软件为平台,建立发动机冲压转子的有限元模型,并对转子结构进行模态分析,获得转子的前十阶模态固有频率、振型.对刚性支承和弹性支承情况下转子模态进行了对比分析,分析结果表明,拟定的工作转速均有效地避开了一阶临界转速.同时,分析结果为下一步进行详细的旋转冲压发动机分析打下基础.     

一种弹性支撑柔性转子模态动平衡方法

针对目前模态平衡法难以高效平衡支承在弹性支承上的柔性转子，提出一种考虑弹性支承影响的柔性转子模态动平衡方法，建立转子的有限元模型，搭建转子试验平台，计算并实测临界转速与振型，进而借助动平衡测试系统进行模态动平衡。结果表明：临界转速计算与实测的相对误差仅为0.36%，一阶计算振型与实测振型的模态置信度为0.990 6。考虑弹性支撑的柔性转子模态动平衡方法合理，算法正确，在保证全正交平衡的前提下能够减少试重的个数。左弹支与右刚支的计算支承刚度组合符合转子结构的实际情况，减振百分比CH1~CH3高达80%以上，CH4可达38%，总体减振效果明显，具有一定的工程应用前景，可为航空发动机柔性转子动平衡试验提供技术参考。     

弹性支承对滑动轴承转子系统动力稳定性的影响

研究了弹性支承对滑动轴承支承的非线性转子动力系统的动力稳定性影响和减振特性。首先建立了滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的力学模型,在油膜力非线性的情况下,分析了系统的动力稳定性,通过对比具有弹性支承的滑动轴承转子系统和刚性支承的滑动轴承转子系统的响应,表明:弹性支承的加入,有效地提高了系统运动稳定性。     

超低温环境下的振动测量

研究液氢涡轮泵这类系统的动特性,需要解决在超低温环境下的振动测量问题。美国ENDEVCO公司已研制出专门的超低温振动传感器。为了及时地解决某典型液氢泵的测振问题,我们用PZT5材料做的普通压电振动传感器和电压放大器组成的测振系统成功地解决了-220℃环境下的振动测量。一,原理和方法在常温条件下,如图1所示电荷测振系统的输出电压     

高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

小型低温风洞压缩机转子结构设计

低温风洞的轴流压缩机是整个风洞的动力装置，具有温度范围宽广、运转速度较高等特点。本文围绕低温压缩机的转子结构设计，论述了压缩机主轴-轮毂连接、轮毂-叶片连接、轴承的选取、轴承的润滑、密封结构形式以及轴系热防护方案等关键技术，针对弹性支承下的转子动力学校核以及转子热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明，转子第一阶临界转速远高于最大转速，降温结束时推力轴承座圆锥面内侧的最大应力值约170MPa，安全系数大于1.5。压缩机组和小型低温风洞进行了联合调试，当总温降至110K时，轴承温度大于5℃，轴承振动在全转速范围内小于3mm/s。各项性能指标均满足使用要求，调试结果验证了该压缩机转子系统设计的可靠性。     

弹性支承与转子之间参数匹配分析

转子与弹性支承的动力特性参数,直接影响到轴系的动力特性以及整台发动机工作的可靠性。因此,在发动机轴系初步设计时,预先估计弹性支承应具有的动力特性参数是很有意义的。本文在分析轴系固有频率随支点刚度变化特性的基础上,结合一般弹性支承的阻抗特性,提出了预估弹性支承动力特性参数的简便方法,对几种基本的转子模型作了一般定性与定量分析,并作了实验验证,可供发动机轴系设计时参考。     

基于主动润滑可倾瓦轴承转子系统的振动主动控制

研究一类可倾瓦支承的单盘非对称转子系统的振动主动控制问题.首先建立了系统的非线性动力学方程,针对主动润滑控制系统设计了BP神经网络PID控制器对转子系统进行振动主动控制.通过计算分析可知,采用基于BP-PID的主动润滑系统能够很好的抑制系统的振幅,使系统在很高的转速时才发生油膜失稳,拓宽转子系统稳定运转的转速范围,在转...     

航天工业部第八情报网在昆明召开飞行器结构强度与环境工程计算机应用技术交流会网务会议同时举行,确定了今明两年的技术交流活动安排

航天部第八情报网于1982年12月2日至8日在昆明市召开了飞行器结构强度与环境计算机应用技术交流会。会议由网长单位七○二所主持,参加交流会的共37个单位,75名代表。与会代表提供了44篇技术报告。这些技术报告涉及了当前试验工作和预研工作中遇到的实际问题,如高压燃料涡轮泵转子次同步进动课题的算题,锥壳静强度有限元分析,静动热试验数控技术的研仿,飞行试验数据计算机处理的编程经验介绍等等。这些技术报告反映出我网广大科技人员应用计算机的水平有了明显的提高,在解决实际科研、生产问题,加快     

一种使实验模型同步正弦平动和转动的新方法

由单片机控制步进电机的步进时间,实现了实验模型按正弦规律同步地平动和转动。叙述了实验装置的机械结构和控制器电路及软件编程要点,同时还对实验结果进行了分析。     

火箭用液氧泵的动特性试验

1.绪论液体火箭中经常会产生一种POGO的飞行器轴向自激振动。对于这种白激振动,泵具有较大的影响,因此,在POGO分析时须要计算出泵的动特性数据。迄今为止已有很多报道介绍泵的动特性研究结果。笔者也曾就使用高速液氧泵在泵入口NPSH(净正吸程)较大时的试验结果作过若干介绍。日本正在研制在第二级安装液氢液氧发动机的H-1火箭,并在研究第二级发动机是否要安装POGO的抑制装置。本报告就是以取得POGO分析上所需要的液氧泵动特性数据为目的,介绍泵入口NPSH较大时和较小的脉动试验结果。     

柔性转子逆回旋振动特性的研究

论述了具有陀螺效应的柔性转子在各向异性支承条件下回旋振动的特性，推导出了转子在正回旋激励作用下产生逆回旋振动的条件，提出转子振动存在逆回旋带的概念，并举例说明了转子在整个转速范围和振动频率范围内回旋振动的特点，作出了逆回旋带的曲线图。