航空发动机双转子系统不对中研究进展

转子不对中是旋转机械最常见的故障之一。不对中常引起整机振动加剧、轴承磨损、转静子碰摩等故障,严重时将造成灾难性事故。航空发动机转子系统由于结构复杂、工作温差大、多支点弹性支承,更容易造成滚动轴承支承不对中、联轴器不对中、动态不对中等不对中故障。虽然航空发动机不对中问题严重,但这方面的研究却相对缺乏。本文针对航空发动机转子系统的结构特点,首先论述了滚动轴承不对中、联轴器不对中、航空发动机转子不对中3种不对中故障的研究现状;其次,讨论了不对中转子系统非线性动力学特性及不对中故障定量分析方面的研究成果。最后,对航空发动机双转子系统不对中研究的发展趋势进行了展望。     

基于模糊数学形态学及免疫智能的旋转机械状态参数图形识别方法

以旋转机械振动多维图形为对象,研究了直接提取和挖掘图形特征信息的模糊形态学方法,提出了基于模糊数学形态学及免疫智能的旋转机械振动参数图形识别方法。利用模糊形态滤波方法实现图形滤波,研究了模糊形态边缘检测算子,并结合旋转机械振动参数图形进行形态学梯度的边缘纹理特征提取,最后利用人工免疫算法对图形特征进行诊断识别。在600MW模化汽轮机转子试验台上进行了转子正常、转子不平衡故障、转子不对中故障及汽流激振故障的试验,诊断结果表明本文所提出的方法可以获得较高的诊断精度,为旋转机械故障诊断探索了一条新路。     

基于小波包能量谱的航空发动机故障特征提取方法

使用成熟的旋转机械振动信号频谱分析方法,对采集到的多台航空发动机试车振动信号进行分析,找出能反应出发动机转子不对中、转子不平衡和转静件碰磨3种故障频谱特征的振动信号.再使用小波包将信号分解为不同的频段,之后分别计算能反应出故障信息的特征频段的能量,将它们组成用来区分上述3种故障的特征向量,为以后的航空发动机故障的模式识别做准备.     

转子支承不对中故障建模与机理分析

针对工程实际所出现的不对中现象,建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型,该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效,依据实际联轴器刚度计算得到等效模型参数;根据等效联轴器模型推导出转子系统由于连接对角向位置的不均匀、连接刚度的差异性和非线性等不确定性因素所产生的不对中激励力,基于此建立含转子支承不对中故障的转子-支承耦合动力学模型。通过故障仿真分析得到转子支承不对中故障激励下的振动特征,通过数值仿真验证了平行不对中和角度不对中故障的2倍频和4倍频现象,以及由于角度不对中产生的1倍频轴向振动现象。利用含套齿联轴器的3支点转子故障模拟试验器进行了特征转速下多种不对中工况的振动响应试验,通过比较仿真结果的精度达到85%以上,表明所提出的转子支承不对中故障通用模型的正确有效性。     

相位信息在故障诊断中的应用

 在故障诊断中,人们多从频域中寻找特征,但对于转子系统,许多故障的特征是相似的。相位作为旋转机械里一个很实用的量,在故障诊断中一直没有得到很好的应用,本文指出的相位计算和测量概念和方法,旨在进一步识别故障。     

基于灰度-基元共生矩阵的旋转机械故障诊断研究

研究了基于灰度-基元共生矩阵的故障诊断方法,该方法利用图形的灰度空间分布情况和描述纹理的纹理基元法结合起来提取和挖掘旋转机械振动状态参数图形特征,可以有效地提取图形中纹理特征信息,直接利用BP人工神经网络实现旋转机械故障诊断。在600MW模化汽轮机转子试验台上进行了转子正常、转子不平衡故障、转子不对中故障及轴承松动故障的试验,诊断结果表明可以获得较高的诊断精度。     

旋转机械故障诊断的灰度-基元共生矩阵方法研究

研究了基于灰度-基元共生矩阵的故障诊断方法,该方法利用图形的灰度空间分布情况和描述纹理的纹理基元法结合起来提取和挖掘旋转机械振动状态参数图形特征,可以有效地提取图形中纹理特征信息,直接利用BP人工神经网络实现旋转机械故障诊断。在600MW模化汽轮机转子试验台上进行了转子正常、转子不平衡故障、转子不对中故障及轴承松动故障的试验,诊断结果表明可以获得较高的诊断精度.      

旋转机械状态参数图形识别的免疫-模糊形态学方法

以旋转机械振动多维图形为对象,研究了直接提取和挖掘图形特征信息的模糊形态学方法,提出了基于模糊数学形态学及免疫智能的旋转机械振动参数图形识别方法.利用模糊形态滤波方法实现图形滤波,研究了模糊形态边缘检测算子,并结合旋转机械振动参数图形进行形态学梯度的边缘纹理特征提取,最后利用人工免疫算法对图形特征进行诊断识别.在600MW模化汽轮机转子试验台上进行了转子正常、转子不平衡故障、转子不对中故障及汽流激振故障的试验,诊断结果表明所提出的方法可以获得较高的诊断精度.      

基于声发射波束形成法的转静子碰摩故障定位

提出了一种利用声发射信号进行旋转机械转静子碰摩故障定位的方法.首先利用板波理论进行声发射信号传播特性研究,证明波束形成法在声发射信号处理中的可行性,并建立近场声发射波束形成法;之后,在旋转机械碰摩故障模拟实验台的机匣上进行断铅实验,利用近场声发射波束形成法进行定位测试,验证所提出方法的有效性;最后,将提出的方法用于转静子碰摩故障的定位,并成功地识别出碰摩故障的位置.      

固体火箭发动机碳基材料喷管机械侵蚀特性

为研究碳基材料喷管的机械侵蚀特性,基于两相流理论和经验公式,考虑液滴的蒸发与反应,建立了二维轴对称碳基材料喷管机械侵蚀计算模型.针对15-lb BATES发动机喷管进行了机械侵蚀计算,研究了液滴轨迹、机械侵蚀情况的分布规律,以及推进剂中Al质量分数和燃烧室压强对机械侵蚀的影响.结果表明:机械侵蚀率计算最大值为55μm/s,在实验结果范围内.Al/Al₂O₃混合液滴是机械侵蚀的主要因素,Al液滴由于蒸发氧化而不对壁面造成碰撞.机械侵蚀发生在喷管收敛段,峰值位于喉部上游入口处,喉部和扩张段无机械侵蚀现象.推进剂中Al质量分数增加对机械侵蚀率无显著规律性影响.机械侵蚀率随燃烧室压强的增加呈超线性增长.      

一种改进的类高斯和粒子滤波在大失准角传递对准中的应用

 在小失准角传递对准模型基础上提出了一种大失准角下的速度加姿态匹配的传递对准模型;针对模型中存在的非线性和非高斯性问题,根据二阶马尔可夫过程的时域特性,提出了一种改进的采用类高斯和重采样的粒子滤波算法。理论分析证明了大失准角下传递对准模型和小失准角下传递对准模型的统一性。小失准角下的仿真验证了大失准角传递对准模型的正确性;大失准角下的仿真结果表明在大失准角的非线性、非高斯状态下,相比传统粒子滤波算法只稍微增加了计算量,而传递对准的精度提高了大约40%。     

三浮陀螺仪沿输出轴误差系数DO的产生机理分析

目前,三浮陀螺仪误差模型包含沿输出轴的一次项误差系数DO,该误差项尚无明显的物理意义,但 DO的标定结果在0.0002(°)/(h·g)～0.015(°)/(h·g).针对三浮陀螺仪的结构特点和测试方法分析了DO的产生机理,通过调整安装误差角的试验说明安装误差角带来的天向地速和一次项分量会影响DO,因此系统在选用陀螺误差模型时,需关注由测试方法带来的误差.同时,陀螺在设计、生产和调试过程中对安装误差角的影响应予以重视.最后用统计检验的方法说明DO对误差模型的线性影响不显著,为系统选取陀螺误差模型提供依据.     

三支点柔性转子系统支承不同心激励特征及振动响应分析

针对航空发动机三支点柔性转子系统的支承不同心问题,充分考虑转子结构特征和载荷特征,首次将当量刚度引入多支点柔性转子不同心问题的动力学分析,定量描述转子系统各支承间不同心度带来的转子轴段刚度非线性,并提出了多跨度柔性转子系统支承不同心激励的数学描述,建立了不同心激励下多跨度柔性转子系统的力学模型。基于Lagrange能量法,给出了转子系统动力学方程的求解方法,研究得到了支承不同心转子系统的动力响应特征。结果表明:支承不同心不仅引起转子过渡轴的刚度非线性,产生2倍频激励,还会给转子系统带来附加不平衡激励;对于三支点柔性转子系统而言,2倍频分量同样是支承不同心下转子系统振动响应的典型特征之一。转子系统2倍频分量随不同心量的增加而迅速增加,而1倍频分量基本保持不变。同时转子振动响应呈现"缓增速降"趋势,且随非线性刚度、不平衡量的增大愈加明显。     

转子倾斜对交错式迷宫密封动静特性的影响

建立了交错式迷宫密封数值分析模型,并通过基于微元理论的密封动力特性系数理论识别方法研究了转子倾斜对密封动静特性的影响。结果表明：转子倾斜可降低交错式迷宫密封泄漏量,倾斜角为0.6°时泄漏量降低约2.5%,且进出口压比越大,效果越显著;转子倾斜带来的交错式密封腔室几何形状与齿径向间隙变化使得腔室在周向存在压力分布不均,且随倾斜角增加而增大;密封各腔室对系统稳定性影响规律不同,与交错式迷宫密封腔室的几何特性有关,密封腔室进口靠近转子、出口远离转子的腔室局部出现逆转动方向的速度场,能提高密封系统稳定性,而密封腔室进口远离转子、出口靠近转子的腔室则降低系统稳定性;整个密封段的有效阻尼随倾斜角增大而增大,转子在密封段中心倾斜不会降低交错式迷宫系统的稳定性。     

GPS／SINS姿态组合系统空间一致性研究

在基于卡尔曼滤波器并引入了姿态观测量的GPS/SINS组合导航系统中,GPS天线体坐标系与IMU所在的载体坐标系由于安装误差或其他原因不能完全重合,两个坐标系间存在失准角,导致多天线GPS与SINS输出的姿态信息在空间不能同步,这将影响卡尔曼滤波的效果。本文针对这一问题进行了深入的研究,分析了两个坐标系空间不一致的机理,给出了静态和动基座情况下标定两个坐标系位置关系的方法并进行仿真分析验证了其可行性。     

偏心对双级旋流器出口流场影响数值模拟

采用Fluent软件,数值模拟了一级旋流器和二级旋流器偏心情况下,双级旋流器出口流场变化,湍流模型采用标准k-ε模型,计算了3种不同偏心量(0,0.5,1.7mm)下的双级旋流器出口流场,并将计算结果与试验结果进行了对比.研究表明:偏心对双级旋流器出口流场影响较大,0.5mm偏心下双级旋流器出口的回流区发生畸变,径向速度峰值区域位于X/D=0.5~1.0范围内;轴向速度和径向速度的计算结果与试验结果吻合良好.      

转子-滚动轴承系统不对中-碰摩耦合故障动力学分析

建立了转子-滚动轴承系统不对中-碰摩耦合故障动力学模型.在联轴器不对中力模型中,分析了不对中力产生的原因;在转子系统中,考虑了不对中、不平衡和转静碰摩耦合故障.运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,对不对中力模型和滚动轴承模型进行了验证,分析了转子不对中和碰摩对系统响应的影响,并对提出的动力学模型进行了试验验证,二者符合较好.     

传递对准中载舰挠曲变形和杆臂效应一体化建模与仿真

 针对舰载机惯导系统大方位失准角传递对准的非线性问题,根据舰载机在载舰上的实际停放情况,引入舰载机标称坐标系,并综合考虑载舰挠曲变形和杆臂效应的影响,建立挠曲变形和杆臂效应加速度一体化模型,完善舰载机惯导系统大方位失准角传递对准线性化模型。采用“速度+角速度”组合匹配算法的滤波模型,对固定安装失准角和挠曲变形角进行了估计。结果表明,该模型在舰载机大方位失准角传递对准时可以满足对准精度和时间的要求。