螺旋桨动平衡配平中的质心动态修正算法

螺旋桨的传统配平算法缺乏对配重安装位置及配重质量数据的精确修正,导致配平效果较差,本文介绍了一种新的配重质心动态修正算法,可以达到一次性配平成功的良好效果。     

小型无人涵道飞行器飞行动力学特性

为了研究无人涵道飞行器的配平特性与稳定性,首先进行了全尺寸涵道螺旋桨风洞吹风试验,分析了涵道螺旋桨的气动特性并建立了涵道螺旋桨的气动模型,在此基础上建立了无人涵道飞行器的飞行动力学数学模型,对无人涵道飞行器进行了配平特性与稳定性分析.结果表明:前飞速度与迎角对涵道螺旋桨气动特性影响很大,导致无人涵道飞行器在不同前飞速度下稳定性与操纵性变化较大.在悬停及小前飞速度下,无人涵道飞行器是一种类似倒立摆的不稳定体,而且气动阻尼较小,无人涵道飞行器的速度与姿态角发散很快,倍幅时间约为0.5s;在大前飞速度下,无人涵道飞行器的气动阻尼增加,飞行稳定性改善,但出现了纵向反操纵现象,增加了无人涵道飞行器的飞行控制难度.     

基于部件特性的螺旋桨数学模型通用建模算法

为了有效地建立螺旋桨数学模型和涡桨发动机数学模型,以及为涡桨发动机控制规律设计奠定基础,借鉴压气机部件特性缩比方法,提出了一种适用于螺旋桨部件特性的修正缩比方程;基于螺旋桨静态特性,提出了静拉力状态下的螺旋桨建模优化算法;针对螺旋桨低速前进状态下和高速前进状态下的不同工作特点,提出了两种不同的螺旋桨建模算法,以实现全飞行包线内的螺旋桨数学建模。通过与GSP (Gas turbine Simulation Program)软件仿真数据对比验证,其结果表明,基于所提出的算法建立的螺旋桨数学模型输出拉力、功率和效率的最大相对误差分别不超过3×10-6,3×10-6和6×10-5,同时,验证了算法有效性和通用性。     

一种基于螺旋桨部件特性的螺旋桨建模方法

通过缩比法,利用螺旋桨通用部件特性获得期望研究的螺旋桨部件特性,提出了飞行速度不为零条件下的螺旋桨数学模型建模算法,同时,借鉴缩比后螺旋桨部件特性、螺旋桨定桨叶角工作性能曲线以及螺旋桨空气动力学原理,分析了静拉力状态下的螺旋桨功率系数、拉力系数、桨叶角、螺旋桨静态推力进距比阈值以及螺旋桨几何设计参数的相互作用关系,提出了静拉力状态下的螺旋桨数学模型建模算法。所述算法与Gas Turbine Simulation Program (GSP)软件仿真数据进行了数字仿真对比验证。结果表明:所提出的螺旋桨建模算法具有有效性,在前进状态下,螺旋桨拉力相对误差最大不超过6.6059×10-6，需求功率相对误差最大不超过5.5098×10-6，效率相对误差最大不超过6.6955×10-6。      

飞机高温高压空气导管的振动特性研究

在分析某大型客机环境控制系统的配平子系统的基础上,基于有限元软件Patran和Nastran建立了配平系统的空气导管有限元分析模型,选用Lanczos算法,对管系进行动力学模态分析,获得了系统前五阶的频率和振型.同时,考察了气体热力学参数和球形接头作动力学参数对空气导管动力学模态特性的影响.结果表明:从频率上看,配平系统Part1在45Hz以下谐振模态分布密集.从振型上看,球形接头和滑动接头处的振型变化幅度较大;从动力学特性的影响因素来看,配平系统空气导管管系的固有频率随管内温度的增加而递减,随管内压力的增加而增加;球形接头起动力矩和刚度增大会增加各阶的固有频率.研究工作对于我国大型客机空气导管系统的可靠性设计具有参考价值.     

平流层飞艇动力推进系统的分析与设计

针对平流层飞艇螺旋桨与直流无刷(DC)电动机匹配问题,建立了直流无刷电动机模型和螺旋桨模型;结合匹配设计和直流无刷电动机转速控制,在Simulink中设计了螺旋桨与直流无刷电动机控制系统仿真模型,研究飞艇在0~10m/s巡航速度下动力推进系统控制响应问题;采用图形用户界面(GUI)编写螺旋桨与直流无刷电动机匹配界面,开发了一种螺旋桨与直流无刷电动机匹配软件;得到了飞艇在0~10m/s巡航速度下,螺旋桨工作转速为535~1071r/min,动力推进系统工作效率为0.558~0.593时推进系统匹配设计的工作曲线,为高空螺旋桨与电动机的匹配设计提供了参考依据.      

小型无人直升机建模与鲁棒飞行控制研究

以某小型无人直升机为对象,采用分体法分析了机体各部分受力情况。根据力与力矩的平衡关系,获得了无人直升机完整的非线性飞行动力学数学模型。基于所建模型,进行了所有飞行状态下无人直升机的配平计算。根据配平结果,获得了悬停时的线性状态空间模型,在考虑风扰动前提下,采用H∞静态输出反馈控制方法对无人直升机内外回路控制器进行了设计。仿真结果表明,所建模型的配平结果与实际直升机特性基本相符,验证了模型的有效性;H∞综合控制方法较好地实现了对扰动下无人直升机状态的控制,表明该算法具有良好的鲁棒性、解耦性及跟踪特性。     

随钻用光纤陀螺惯导系统振动误差建模与辨识

随钻振动工作环境下,针对惯导系统传统的线性器件误差模型不能适用于线振动工作环境的问题,提出了适用于振动条件下的高阶器件误差模型。通过分析二次项误差在静止与振动状态下的误差传播特性,得出加速度计二次项误差为线振动中主要误差项,建立包含加速度计二次项误差的36阶Kalman滤波器。与传统33阶误差模型相比,36阶误差模型可以有效分离和辨识器件误差。最后,在线振动状态下进行导航验证。结果表明,补偿了二次项误差之后的导航误差得到了大幅优化,速度误差由50m/s减小至2.2m/s,位置误差由90000m减小至2000m,姿态误差由0.7°减小至0.01°。     

离心锤变桨距机构设计与优化研究

针对现有高空飞艇螺旋桨推进系统中,采用变桨距技术重量代价大、能源消耗多的问题,设计一种基于离心力的离心锤变桨距机构,分析该机构的工作原理,并利用ADAMS软件进行机构运动学和动力学仿真分析;对离心锤进行参数化建模,建立约束方程后,以桨距优化角为目标函数,对离心锤的空间位置进行优化.结果表明:当外界条件引起螺旋桨转速变化时,该机构可以很好地实现螺旋桨变桨距功能;在现有平台上,48°的离心锤安装角具有最优的变距效果.     

复合式共轴直升机过渡模式的操纵策略

根据复合式共轴直升机的构型特点,建立了上/下旋翼、机翼、机身、全动平尾、垂尾（含方向舵）和螺旋桨的气动力模型,并在此基础上建立了过渡过程的配平方程.针对过渡飞行过程的操纵冗余问题,分别采用线性过渡和功率最小优化过渡两种过渡飞行方案,对复合式共轴直升机的过渡飞行过程的操纵策略进行了研究.以样例复合式共轴直升机为例,进行了过渡飞行模式下两种操纵策略的配平计算,并对两种过渡操纵策略下的需用功率、操纵量和姿态进行了对比.结果表明:所述两种过渡方案均能解决操纵冗余问题,并能合理给出过渡模式的操纵量和姿态.在操纵量变化的平稳度、飞行控制的难易程度和飞行品质方面,线性过渡方案更优.      

基于试片超高周疲劳试验的叶片高周疲劳寿命估算方法

依据梁的振动理论,推导了叶尖振幅a与叶片自振频率f乘积af值,来表征叶片振动应力;基于某型航空发动机压气机叶片材料试片超高周疲劳试验结果,结合af值理论,推断该叶片高周疲劳寿命.对该叶片进行1阶弯曲高周疲劳试验,结果显示:af值为1 700,1 800,1 900mm/s时,超高周试验疲劳试片和实际叶片的疲劳寿命均在1×107,0.7×107,0.5×107周次附近,即超高周疲劳试验试片和实际叶片的疲劳寿命基本一致.     

某型发动机风扇转子本机平衡试验研究

航空发动机转子结构特殊,在平衡机上无法达到工作转速,只能在低速下进行平衡,有时效果并不理想,在实际运行中仍会由于平衡问题导致振动异常。针对存在不平衡量偏大的某型航空发动机,利用三圆法并结合实际情况,对其结构进行改装,实现了风扇转子的本机平衡,有效降低了低压转子的振动水平,经试验验证表明改装合理,平衡方法有效。该方法对其他型号发动机的本机平衡有较大的借鉴意义。     

基于不平衡加速响应信息的柔性转子双面平衡

模态平衡法和影响系数法是转子平衡中最常用的两类方法,它们都以转子的稳态响应为基础,因此称之为"稳态平衡方法"。针对当前转子稳态平衡方法中存在的不足,提出了利用不平衡加速响应信息进行柔性转子平衡的新方法。为了描述模态不平衡相对键相槽的角位置,首次引入了模态不平衡方位角的概念,并通过转子的不平衡加速响应信息对其进行了识别;在此基础上,结合转子的模态知识,添加合理的平衡试重组,利用各阶模态试重大小与对应阶模态不平衡响应幅度增量的线性关系,识别出校正质量组的大小,通过双面加重的方法实现了转子前两阶模态的平衡。仿真和实验结果表明,该瞬态平衡方法在有效降低转子不平衡振动的同时,减少了平衡过程中的起车次数。     

螺旋桨向量平衡

螺旋桨旋转时各桨叶的离心力可分解为在桨叶轴线旋转平面内的静不平衡力和垂直于此旋转平面的动不平衡力偶。由于各桨叶不完全相同,这两种不平衡度在不同矩角位置会有差异。但所加静平衡力和动平衡力偶则不随变矩而变化,它们的平衡作用在所有矩角位置都是一样的,可以采用本文所述的向量分析方法,在特制的向量平衡图上预测对各矩角平衡的结果。这样就可以只需一次平衡即使各矩角都平衡合格并达到最佳平衡状态,而用常规平衡方法需要反复凑试甚至无法合格。     

磁悬浮飞轮转子系统的现场动平衡方法

针对磁悬浮飞轮的转子平衡后转动效果不理想、转子平衡过程复杂等问题,提出了一种基于磁轴承系统特性的现场动平衡检测方法。该方法通过考虑电磁力的影响,进行转子系统的整体动平衡,而非转子本身的动平衡。通过分别检测转子平动的最大位移和相位、转子转动的最大位移和相位,分别得到等效力/力偶不平衡质量的大小和相位,实现了整体不平衡量的现场检测和飞轮转子系统的高精度平衡。试验结果表明,该方法能有效提高飞轮转子系统的平衡精度,转子的跳动量、磁轴承的控制电流以及飞轮轮体的振动量显著减小。     

虑及多转速的核心机转子高速动平衡试验

为满足航空发动机整机动平衡对转子不平衡振动精稳抑制的需求，采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方 法，开展了核心机转子动平衡试验。以核心机转子系统为对象，研究在高压压气机转子第4、9级盘上配重抑制高压涡轮振动的可 行性。综合考虑核心机转子在多转速下的振动状态，以残余振动平方和及残余振动最大值为目标函数，采用优化算法对配平方案 进行优化，制定了核心机转子高速动平衡方案。在核心机转子系统试验台上分别进行了单平面-单转速、单平面-多转速、双平面- 单转速以及双平面-多转速动平衡的试验。结果表明：采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方法能使因不平衡引起的 核心机转子振动在工作转速区间内均有所减小。     

航空发动机自动平衡技术发展综述

针对航空发动机在运行过程中不平衡振动过大的问题，采用自动平衡技术进行在线质量补偿，可有效降低其振动水平。目前自动平衡技术主要运用于航空发动机结构、控制算法、工程应用3个方面。基于影响系数法的电磁驱动型自动平衡在美国空军C-130H运输机上得到工程应用，飞行测试4个发动机螺旋处的振动均低于1.27mm/s，降低了94%，因螺旋桨振动导致的压气机处振动降低了75%。研究结果表明:航空发动机自动平衡技术可实现在线持续动平衡，能有效降低发动机及其组件的振动疲劳损伤，降低发动机维护费用，延长维修周期。自动平衡技术在航空发动机领域得到工程应用是一个循序渐进的过程，还需要进一步开展结构设计、控制策略、系统集成等方面的研究工作，并在航空发动机设计阶段就考虑纳入自动平衡结构。      

Rotordynamic prediction of mode order transition when rotor has an overhang

Nowadays rotating machinery grows and develops extremely fast due to its multi-branch application. Although the fields of rotordynamics and rotor balancing had a strong background based on previous experience in order to perform efficient and safe operation for the rotating machines, still there are problems which are hard to be dealt with in some special cases. One of them is balancing of the rotor with huge overhang. Rotor with overhang is inherent to have console modes, which previously often were observed separately from the other modes in rotordynamic literature. In such a way console modes, their behavior, order of appearance and interaction with other modes were described in current paper in more details. Obtained results confirmed that console modes obey the principle of orthogonality in the same way as all other modes and hence could be efficiently balanced using modal balancing method. Simulation results revealed likelihood of such phenomena as modes order transition, when the rotor has an overhang. As a consequence perfectly balanced console rotor could not be so due to modes order transition effect when the bearing stiffness in situ differs from bearing stiffness of balancing equipment. Described results will be useful for engineers who are involved in area of rotating machinery vibration tuning for the rotor with huge overhang and benefit them to recognize these modes efficiently and to perform balancing successfully.