基于有限元素法的挤压油膜动力特性研究

挤压油膜阻尼器(SFD,Squeeze Film Dumpers)因减振效果显著,目前广泛应用于航空发动机等高速旋转机械中.在基于雷诺方程的短轴承近似解或长轴承近似解基础上,提出了求解带挤压油膜阻尼器的转子支承系统稳态动力特性的有限元挤压油膜计算方法,该方法能有效地模拟转子系统在各种工作条件下的油膜力模型.为了验证上述理论分析结果,用有限元法计算了带挤压油膜阻尼器转子系统的油膜压力分布和油膜阻尼,分析中还考虑了油膜惯性力的影响.通过对某发动机转子支承系统的模拟计算,并与试验结果进行对比分析,证明给出的系统动力特性计算方法及性能分析结果可用于工程实际.      

电液主动控制挤压油膜阻尼器的理论分析

针对旋转机械采用传统的动压轴承构成的挤压油膜阻尼器存在的问题,提出了一种由压电晶体-电液主动控制的动静压混合轴承构成的电液挤压油膜阻尼器(HSFD).对于这种电液挤压油膜阻尼器, 经典的半油膜(π油膜)假设不再成立. 为了求解它的压力分布, 提出了一种适用于含有动静压混合作用时Reynolds方程的求解方法. 在此基础上, 对采用这种电液挤压油膜阻尼器的转子系统进行了理论分析, 从而为实现主动控制奠定了基础.      

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.     

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.      

挤压油膜阻尼器失效的判据

 挤压油膜阻尼器(简称SFD)设计不当,会导致功能失效.对弹支-挤压油膜阻尼器来说,失效有2种形式:一是过不了临界,即转子系统的振幅随转速的上升而一直增大;二是出现双稳态特性.2帧失效判据图已经作出:一是双稳态区域图,只要轴承参数和质量偏心率数组不选在双稳态区域内,便不致产生双稳态特性;二是减振失效边界图,只要前述数据组不在失效边界的一侧,便不致产生过不了临界的现象.经实验证明,上述结论从正反2个方面看都是正确的.实验也进一步确认了挤压油膜阻尼器优越的减振功能.     

挤压油膜阻尼器失效问题分析

说明了研究挤压油膜阻尼器(简称SFD)减振失效的意义.首先,介绍了国际上研究SFD的J.W.Lund、E.J.Hahn、R.Holmes、R.A.Cookson和E.J.Gunter等五个学术集团,归纳出他们谈论到的有关挤压油膜阻尼器失效的观点,特别着重指出了挤压油膜阻尼器失效的不正确设计.失效的现象是过不了临界和导致转子支承系统产生双稳态特性.避免失效的方法是:调整油膜间隙与不平衡量间的关系,应用全油膜,限制不平衡量和采用弹性支座.本文的结论是:假如设计参数选择不当,挤压油膜阻尼器不仅不能减振,反而会导致转子支承系统工作不稳定或过不了临界.     

双挤压油膜阻尼器的减振机制与效果分析

研究了双挤压油膜阻尼器对转子的稳态不平衡振动以及突加不平衡瞬态振动的控制机制与效果,以一个带双挤压油膜阻尼器的单盘柔性转子为模型,用传递系数法进行计算分析,结果表明阻尼器对转子的瞬态和稳态响应的控制机制与效果是不同的.对于稳态振动,每个阻尼器主要控制使其所在支承产生较大变形的临界转速产生的共振;对于瞬态振动,两支承处同时加阻尼器的效果比只在一个支承处加阻尼器的效果好.     

自适应挤压油膜阻尼器减振机理理论研究

研究了带金属橡胶环自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring)的减振机理,以ASFD/MRR和转子轴颈的受力分析和运动分析为基础,从N-S方程、流体连续方程出发,推导了ASFD/MRR的雷诺方程并求解了油膜压力场.对比ASFD/MRR和挤压油膜阻尼器SFD减振机理的特点,指出SFD仅是ASFD/MRR的特殊形式,ASFD/MRR具有抑制双稳态跳跃等非线性振动的能力,适用于更大的不平衡量范围.      

卫星相对运动的新解法

卫星相对运动的研究在航天飞行中有着较为广泛的应用价值。Ｃ－ Ｗ的解对于计算两星近距离的相对运动是很有效的, 但是, 当两星距离变大时其误差就不断地放大。文章采用一种新解法： 首先建立相对运动的解析关系; 然后利用椭圆运动的结果导出三维的近似分析解。它可以精确到偏心率和倾角差的一阶项, 而且不再包括长期误差。理论分析和数值检验的结果表明, 整个新的解的精度大大高于Ｃ－ Ｗ 解的精度。     

自适应挤压油膜阻尼器减振机理研究

提出了一种带有金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring),它利用环形金属橡胶的弹性变形来调整油膜间隙,以达到油膜阻尼器最佳的减振效果,所进行的实验研究表明:对ASFD/MRR减振机理的理论预测和实验结果具有良好的一致性,该阻尼器在优化设计下,油膜间隙可以得到良好的控制,能明显抑制非线性振动现象的发生,具有良好的减振性能.     

飞机大气紊流响应方差的解析解法

本文从频率响应法出发,导出了在已知大气紊流的双侧德莱顿频谱模型的情况下,求飞机响应方差的精确解析解方法。 在求飞机的大气紊流响应时,如果不考虑大气紊流交叉谱效应,可把问题归结为一维问题,通过对双侧德莱顿谱形式加以变换,使其符合一定的求解形式来求其精确解;如果考虑大气紊流交叉谱效应,则应视为多维问题,对大气紊流功率谱阵进行分解,然后再借用一维问题的求解方法来获得解析解。     

基于CFD的斜盘/滑靴副油膜特性分析

结合三维Navier-Stokes方程和任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述方法,首先,提出了一种基于计算流体力学(CFD)的滑靴副油膜特性分析方法,该方法能综合考虑滑靴副结构参数、柱塞泵工况参数对油膜特性的影响。然后,针对某种滑靴副结构,仿真得到了24种不同工况下的油膜厚度,分析了工况(温度、转速和出口压力)与滑靴副油膜的定量关系。本文还提出了一个与油膜特性相关的液动力参数的描述公式,并基于某固定结构尺寸的滑靴副CFD仿真结果,研究证明了对于固定结构的滑靴副结构,该参数仅与油液黏度(温度)相关,与其他工况参数无关。根据液动力参数公式,可以方便地给出滑靴副油膜厚度的解析方法。最后,将基于解析方法与基于CFD仿真方法得到的油膜厚度结果进行了对比,证明了解析方法的准确性。      

限制性三体问题共线平动点轨道近似解析解

随着深空探测成为航天领域的研究热点,与其密切相关的三体问题基础研究也日益重要,尤其是在深空探测任务设计中处于基础地位的共线平动点附近运动的研究,更是具有重要的工程应用价值。在圆型限制性三体问题下,对共线平动点附近运动近似解析解的研究已经较为全面,但在更接近真实情况、更具一般性的椭圆型限制性三体问题下,相应的研究却相对较少。针对此背景,参考借鉴圆型限制性三体问题的研究方法,首先根据平动点的特性计算出平动点的位置,然后将非线性三体动力学模型在共线平动点处线性化,最后结合线性系统理论,获得了椭圆型限制性三体问题下共线平动点附近运动的近似解析解,并将其与经典的圆型限制性三体问题下的近似解析解进行对比分析,仿真结果证明了方法的有效性,同时也表明所推导的椭圆型限制性三体问题解析解相比圆型限制性三体问题解析解具有更高的精度。     

薄壁试件脉冲热像法深度检测模型分析

脉冲热像法作为红外热像检测中具有定量分析能力的方法,其主要检测模型温差函数法在薄壁试件的缺陷深度检测时存在失效问题.为找出建模过程中的缺陷,以理想脉冲激励下一维有限形式的解析解替代原温差函数模型中的近似解,在温差曲线和温差导数曲线中,对模型中的核心参数峰值温差时间和峰值斜率时间的使用特性进行了比较分析.结果显示:峰值温差时间由参考点决定,而不由测试点决定,峰值温差时间不具备对缺陷深度的定量检测能力;峰值斜率时间的适用范围受到测试点与参考点实际深度之比的限制,根据给出的适用性判据公式求得该比值的上限在0.5附近,判据公式可作为使用峰值斜率时间的理论依据.     

可压缩流混合轴颈轴承的摄动解

用一阶摄动法得到可压缩流体润滑的轴颈轴承的解。使用本文给出的理论关系式计算出对称单排喷嘴轴承和对称双排喷嘴轴承的压力分布、承载能力和姿态角。理论预测与J.Powell的和E.Pink的实验数据令人满意地一致。     

空间目标一维距离像畸变补偿的混合算法

高分辨距离像的畸变补偿是空间目标ISAR成像过程中的重要环节。由于空间目标基带回波的模糊函数峰值落在包含原点的平行直线族上,根据平行直线族的约束边界建立了一个多目标规划模型,并利用正则化原理提出了一种目标速度估计的直接算法,具有解析解。将其作为迭代初值,进一步利用一维迭代搜索算法搜索距离像波形熵的最小值,获得了更精确的速度估计量。仿真结果表明,文章提出的混合搜索算法综合了解析算法和迭代搜索算法在计算量和准确性方面的优点,能有效估计空间目标径向速度并补偿一维距离像畸变。     

毛细管束中层流粘性振荡流强化传热的若干问题

本文是作者从事振荡管流换热研究的总结。研究结果表明:流体在管内作轴向振荡运动时,可以极大地强化轴向的传热。本文给出了计及管壁效应的振荡管流换热的精确解析解,公布了变Pr数的实验结果。在此基础上,讨论了影响振荡管流轴向换热的6个无因次参数的物理含义,并指出其中的某些无因次参数在物理本质上就是傅里叶数的倒数的平方根,这将有利于理解振荡管流换热这种非定常换热过程。由本文的精确解析解,经过简化,可以得到国内外已公布的近似解。实验数据和解析解预言的基本规律符合很好。     

一种解析和数值相结合的机器人逆解算法

针对不存在解析逆运动学解的机器人结构,提出一种解析与数值相结合的求解算法.将传统的算法简化为寻找一个合适的目标函数,对一维关节变量进行迭代求解,其余关节变量可以用解析式求得,从而将逆运动学的多变量迭代求解问题简化为一维变量迭代求解.利用该算法对一种不存在解析逆解的5自由度机器人进行解算,耗时不足0.3ms,计算速度优于传统的算法.这种算法的实时性和准确性满足了机器人实时控制的要求,不需要进行正运动学计算,可以解决大多数关节正交结构的机器人逆运动学问题.