考虑支承刚性时转子的临界转速

提出用折合效应系数法计算考虑支点刚性及陀螺力矩影响时转子临界转速的方法,用以计算两支点刚性不同而周向刚性相同转子的临界转速。分析了支点刚性系数对临界转速性质的影响,得出一些结论,可供设计参考。拟制两支点刚性不同,周向刚性不均匀转子的临界转速计算方法及两支点刚性不同,周向刚性不均,且y(z)方向负荷会造成z(y)向变形情况下转子的临界转速计算方法。所有计算方法中考虑了陀螺力矩的影响,这就比目前已有的计算方法更接近实际。由性质分析所导出的一些概念,对实际设计机器时,如何考虑支点刚性对临界转速影响有参考作用。 学生陈宝歧、于香泉,在完成这项科研项目中付出许多劳动,在此表示衷心感谢。     

单-厚盘转子过两阶临界转速的瞬态振动分析

航空发动机特殊的鼓式压气机结构可简化为径向转动惯量大于轴向转动惯量的厚盘转子系统,其做正进动时存在两个固有频率.计算了单-厚盘转子分别以定角加速度和定功率过两阶临界转速时对不平衡激振力的瞬态响应,其中定功率厚盘转子还与外界能源发生非线性耦合.结果发现,单-厚盘转子的低阶振型为轴的弯曲,高阶振型为盘的偏摆,其中高阶模态是厚盘转子特有模态;过临界转速时瞬态振动由转子的自由振动和强迫振动合成;当功率不足够提供转子通过临界转速时,出现外界能源与转子系统的能量耦合,造成瞬态振动急剧增大而"失速".      

具有初始热变形的转子系统振动响应分析

航空发动机热起动时的温度分布不均会使转子产生初始热变形,进而引起发动机振动过大,甚至导致起动失败。针对此问题,以航空发动机中的典型转子为对象,根据初始热变形对转子振动的影响建立相应的动力学方程,并通过模态坐标变换分析初始热变形对转子系统振动响应的影响。结果表明,初始热变形相当于对转子作用了附加激励,包括转轴初始弯曲激励、附加不平衡激励和附加陀螺力矩激励,上述激励均与转速同步。其中,附加不平衡激励和附加陀螺力矩激励大小与转速有关,对转子通过各阶临界转速的振动响应均有较大影响;转轴初始弯曲激励大小与转速无关,主要影响低阶临界转速的振动响应。      

航空发动机整机有限元模型转子动力学分析

现代航空发动机在工作中不断变化的机械激振,气动激振频率越来越复杂,这使得对航空发动机振动分析必须考虑各结构间的动力影响.因此,利用能够考虑陀螺力矩影响,基于NASTRAN中实体单元编制的转子动力特性计算程序,对发动机整机进行了动力特性计算.首先对转子支承结构传递函数(动刚度)进行计算,并进一步研究其对转子动力特性的影响;分析比较基于不同单元模型计算时,盘轴耦合振动及盘轴连接处的角刚度对转子动力特性的影响,证明了基于实体单元的整机模型能够准确考虑各种振动模态.最后,在分析中发现了高阶转子弯曲振动模态与机匣振动耦合现象及其变化规律,在计算分析的基础上研究了在考虑机匣振动耦合时转子系统临界转速的确定方法.      

航空发动机转子动力优化设计软件工具研究

通过对航空发动机多转子系统的转子动力学优化模型的深入分析与研究,采用模糊数学中的正态分布的隶属函数的加权之和,对多阶临界转速相对于多个常用工作转速的分布状态进行了描述,并由此构造了目标函数;按照设计工程需要选定了对临界转速有显著影响的多个因素作为设计变量;按照设计规范的要求选定性能约束; 从而成功地建立了航空发动机转子动力学优化数学模型.在Windows98/NT平台上开发了航空发动机转子动力学优化设计软件工具.该工具可以实现多转子系统的转子动力学优化设计和整体转子的有限元变形与应力分析.以航空发动机转子为实例,验证了转子动力学优化设计软件工具在航空发动机优化设计中的应用,取得了满意的优化结果.     

用转子折合弯曲刚性考虑陀螺力矩影响的方法

提出用转子折合弯曲刚性考虑陀螺力矩影响的方法,用以进行转子临界转速及有关参数的计算。这一方法的特点是用转子的折合弯曲刚性将陀螺力矩的影响考虑进去,而认为转子并无陀螺力矩作用。因而可以利用不计陀螺力矩影响的一般公式来计算有陀螺力矩作用情况下的转子临界转速及与此有关的参数。应用这一方法推导公式非常简单,概念清楚易于了解。并使目前尚未见有方法计算的某些有关转子临界转速方面的参数可以计算并很简单。     

基于脊背特征的发动机低转速特性扩展方法

旋转部件在高空低转速时，其工作状态受来流的吹动作用可能会发生变化，此时压气机处在特殊的“搅拌机”或“涡轮”工作状态，使得发动机的动态计算中效率插值出现不连续的问题。为解决此问题，采用美国国家航空航天局（NASA）和通用电气公司（GE）联合开发的针对旋转部件特性转化的脊背特征方法，通过分析低转速下旋转部件脊背特征及非脊背特征的变化趋势，提出基于脊背特征的旋转部件低转速范围特性的扩展方法，并有效规避了效率特性在低转速下插值的失效。以某型军用涡扇发动机为例，计算其处于不同飞行条件下的发动机风车工作状况，结果表明：所提方法能够反映出低转速下压气机压比小于1的特殊工作状态，且不同飞行条件下的风车特性计算合理。     

转子挠度限制器工作理论及其在设计中的应用

机器转子应用“柔轴”可使结构简单、重量轻、运转平稳,因此釆用“柔轴”大有好处。应用“柔轴”时的主要困难是保证转子平稳而又安全可靠地通过临界转速。目前可能用来作为这种安全装置的有转轴挠度限制器与挠曲阻尼器。后者虽能保证转子很平稳地通过临界转速,但其结构复杂、重量较大、可靠性能差。限制器则重量小、结构简单,但关于限制器的工作理论及选用方法还研究得很少,未见有关这方面的文献。本文根据初步实验与作者见解,提出限制器工作理论和应用这一理论,选用限制器间隙与位置的方法。本文基于一单盘双支点转子有一定的临界转速与挠度随转速变化的曲线,但当转轴与限制器接触时,这一转子便成为一特殊的“三支点”系统,此时临界转速与挠度变化曲线与前不同。由于这种原因转子通过临界转速时,轴便会在限制器中作剧烈的横向振动。在设计不当时发生这种振动的转子转速范围大,并且轴在较大的转速范围内均与限制器接触,轴在连接盘子处的挠度反而很大,限制器实际上没有限制挠度的作用。在正确设计情况下则与上述结果相反,根据这一理论提出选用限器间隙与限制器位置的方法。 研究中承曹玉璋与王树卿两同学参加计算和实验等工作,在此深表谢意。     

高速柔性转子系统动力特性稳健设计方法

高速柔性转子系统为控制其转子变形和多阶临界转速分布,常采用多支点支承方案,而转子-支承结构力学参数的分散性,使得转子动力特性设计成为多变量多目标非确定性优化问题。通过Lagrange法建立柔性转子运动方程,定义罚函数以定量描述多阶临界转速的分布特征,采用区间数学分析方法和遗传算法结合的方式,建立了基于临界转速分布特征优化及连接结构刚度损失控制的转子系统动力特性稳健设计方法。算例表明,通过将多阶临界转速集中于一定转速区间,并控制连接结构弯曲应变能分布比例,可有效减小转子通过多阶临界转速时的振动响应,降低转子动力特性对连接结构受力状态变化的敏感度,提高高速柔性转子系统动力特性的稳健性。      

共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

针对带有涡轮级间共用承力框架的转子系统,为准确描述转子-共用支承-转子（简称共用支承-转子结构系统）之间的振动特性,采用转子截面横向和角向振动特性耦合动力学模型,振动耦合产生机理及影响规律进行研究。理论分析结果表明:转子支点的动态响应对其他转子的支点动刚度特性及转子振动响应特性具有一定影响,共用支承结构振动响应对转子系统振动特性的计算误差超过10%,因此,在共用支承-转子结构系统的临界转速和振动响应计算分析中,需要考虑2个转子与共用支承结构的振动耦合影响。对于涡轴发动机共用支承-转子结构系统的有限元仿真计算结果表明:由于存在共用承力框架,2个转子之间将发生振动耦合,系统产生耦合振型,某一转子转速将会影响另一转子所激起的系统共振临界转速;并对共用承力框架结构的隔振特性也有影响,2个转子共同激励下振动响应与转子单独激励相比,在承力框架安装边上的动载荷以及载荷传递系数均大幅度提高。      

一种带涡轮增压器的活塞发动机调节及其特性

介绍在空中标准及非标准大气条件下,用涡轮控制单元调节航空活塞式发动机的原理及其空中特性的计算方法,与国外该生产厂家提供的数据结果一致.本方法还可计算超过临界高度的特性.     

应用园盘式干摩擦减振器,对高速转子通过其临界转速时减振作用的一些分析

本文通过理论分析和实验方法分别讨论了,应用于高速转子在通过临界转速时为减少其振动用的圆盘式干摩擦减振器的一些问题。理论分析是在不考虑转子上有挠动力矩作用时,借助研究转子的横向弯曲振动方法来代替研究转子的临界转速问题。在推导过程引用了当量粘性振阻法(Equivalent Viscous Damping)。将转子(包括轴及其上安置的轮盘)所受的干摩擦振阻(Coulomb Damping库伦振动)折合成与其相等的当量粘性振阻。这样就可借解具有粘性振阻强迫振动体系的一般解法,来代替解具有干摩擦振阻强迫振动体系的问题,因为前者可以应用已有较成熟的公式来进行分析,而后者解起来往往是比较困难的。 本实验设备的减振器是将某活塞式航空发动机增压器的离合器闸盘取用一对改装成圆盘式干摩擦减振器,并将其安置在现有的带单圆盘双支点轴的临界转速试验器上进行试验。限于测量设备还欠完备,目前只作了部份试验数据用来印证理论分析。 实验进行中承蒙技工王文良同志协助以及晏(石历)堂先生对本文提出了不少宝贵意见,在此皆表示感谢。限于笔者水平,本文错误之处,敬希望读者指正。     

高速转子连接结构刚度损失及振动特性

高负荷航空发动机转子的转速和支点跨度不断加大,使得转子弯曲刚度下降,并在工作中具有一定弯曲变形。转子弯曲变形时,连接界面会存在刚度损失,需考虑转子弯曲变形对连接界面刚度特性及转子系统振动特性的影响。提出了定量描述连接界面刚度损失的力学模型,并针对非连续转子系统的动力学设计,提出了基于应变能分布优化的连接结构刚度损失抑制方法。数值仿真结果表明:转子弯曲变形下,连接界面刚度损失显著,会使转子弯曲临界转速大幅降低;通过转子应变能分布优化设计可有效降低连接界面刚度损失对转子系统振动特性的影响,对转子系统振动特性优化设计具有重要的指导意义。      

刚性车轮月面牵引通过性的模型试验

以重塑模拟月壤为介质,利用深空探测车车轮牵引特性实验台,研究了月面巡视探测器的刚性轮齿车轮与模拟月壤的交互作用,分析了车轮转速、轮上载荷等试验因素对车轮牵引通过性的影响.研究结果表明,当车轮转速较低时,挂钩牵引力随滑转率的增加而不断提高;当车轮转速较高时,存在着临界滑转率点.轮上载荷的增加有利于提高车轮的挂钩牵引力,但对挂钩牵引力系数的影响较小.     

挤压油膜阻尼器失效分析方法

着重论述分析挤压油膜阻尼器失效的方法. 首先介绍了国际上主要的航空发动机制造厂家对挤压油膜阻尼器的研究, 那些厂家是General Electric公司、Pratt & Whitney公司和Rolls Royce公司.这不仅有助于我国研制挤压油膜阻尼器的工作,同时也提出一种启示, 研究挤压油膜阻尼器的失效, 应基于综合性参数的选配. 因此,用了轴承参数B和质量偏心率U为基本参数,来说明分析失效的方法.并定义了两种失效的情况,一是转子系统过不了临界转速,二是出现双稳态特性.作出了过不了临界转速的特性图,并带有数据,还提供了3种典型的双稳态特性曲线和产生双稳态特性的数据点.     

涡扇发动机地面起动过程性能模拟

用积分方法建立了混合排气加力涡扇发动机起动过程模拟模型并用该模型进行了仿真计算,模型基于气动热力学方程、各部件特性以及经验关系式,根据给出的发动机起动过程初始条件、燃烧室供油规律等进行计算.为说明所建立的起动性能模型的模拟效果,将程序计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该起动仿真模型能较准确地模拟混排加力涡扇发动机的地面起动过程.还分析了计算过程中对起动过程有比较大影响的因素,包括计算时间步长,起动机脱开转速,燃烧室总压恢复系数的经验系数,大气温度、压力以及海拔高度等.了解这些因素对起动过程及模拟结果的影响,便于通过修正的途径将该计算方法用于发动机地面起动性能的准确模拟.      

低重频PD雷达的临界散射截面计算方法

提出了低脉冲重复频率PD(Pulse Doppler)雷达探测飞行器目标的临界散射截面的计算方法.针对低重频PD雷达对目标的发现概率计算过程中所遇到的问题,采用临界仰角法处理雷达的未知参数,将之合并为雷达系统特征常数.将低重频PD雷达的旁瓣杂波合理等效为白噪声,处理目标频移落在旁瓣杂波区的情况.采用等效杂波散射截面积叠加旁瓣杂波中目标临界散射截面处理目标频移落在主瓣杂波区的问题,并考虑偏置相位中心天线(DPCA)技术对目标频移落在主瓣杂波中时临界散射截面的影响,使计算结果更合理,从而完善低脉冲重复频率PD雷达在全频域中临界散射截面的计算方法.该方法可应用于计算目标突防时的发现概率.最后以E－2C预警机为例计算某目标突防过程中的临界散射截面.      

气动发动机输出扭矩无因次分析

针对气动发动机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、连续性方程及运动过程方程建立气动发动机的非线性微分方程组.选取合适的基准量,对所建立的微分方程组进行无因次化,得到无因次化的数学模型.利用MATLAB/Simulink仿真工具,对无因次数学模型进行研究,得到各无因次量对气动发动机输出扭矩的影响.从仿真结果可以看出,气动发动机的无因次转速、进气门面积比例因子、排气门面积比例因子以及进气持续角度对气动发动机的无因次输出扭矩影响较大.当发动机转速升高扭矩急剧下降时,可以通过调整进气门面积比例因子、排气门面积比例因子以及进气持续角度使输出扭矩恒定.     

基于ADRC的涡轴发动机／直升机子系统抗扰控制

主要研究涡轴发动机转速抗扰控制问题,提出了一种基于自抗扰控制技术(ADRC,Adaptive Disturbance Rejection Control)的涡轴发动机增量型串级抗扰控制器设计方法.一方面,采用串级控制结构,内环控制块模态的燃气涡轮转速,外环控制功率涡轮转速,使得内环扰动得到快速抑制.另一方面,每个子回路中通过扩张状态量观测实时地对被控对象内环进行扰动补偿.最后,基于直升机/发动机非线性综合仿真模型的数字仿真表明该控制方法显著改善了涡轴发动机功率跟随特性,提升了直升机/涡轴发动机综合闭环系统的可操控极限.     

单级入轨运载器推进系统方案分析

选择了九种双组元和三组元发动机系统方案,计算了各种方案发动机的性能和质量。当单级入轨运载器主推进系统由这些发动机组成时,计算和分析了推进系统的组成方式对运载器干质量的影响。计算结果表明,当推进系统全部由三组元发动机组成时,运载器干质量最小。