柔性转子-挤压油膜阻尼器系统双稳态特性的实验研究

在大量试验结果的基础上,本文分析了在柔性转子——挤压油膜阻尼器系统中可能出现的共振型双稳态现象的一般特性及规律。讨论了油膜的径向间隙比、不平衡量、定心弹簧刚度及转子的加减速特性对双稳态特性的影响。     

柔性转子-挤压油膜阻尼器系统在加速通过双稳态区时的动力特性

从理论及试验上研究了非线性挤压油膜阻尼器(SFD)柔性转子系统在加速通过共振及双稳态区时的瞬态动力特性。结果说明了设计合理的SFD不仅可以使系统具有良好的稳态特性, 而且还可以使系统具有良好的加速特性;设计不当的SFD不仅会产生具有较大振动的双稳态, 而且不可能单纯以加速转子的方式使转子通过双稳态区而不发生双稳态跳跃, 必须采用合理设计的SFD才可以避免以稳态的出现。SFD的非线性越强, 转子通过双稳态区也越困难。      

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。     

柔性转子-非同心型挤压油膜阻尼器系统的非协调响应分析

本文从理论计算及实验分析两方面研究了柔性转子-非同心型挤压油膜阻尼器系统的非协调稳态响应特性。讨论了转子转速、挤压油膜轴承参数、不平衡参数、质量比、外阻尼率及重力参数对系统非协调响应的影响,并利用FFT方法对系统稳态响应进行了频谱分析。      

带中介轴承双转子系统“可容模态”优化设计及实验

为解决航空发动机双转子系统无法避开临界转速的问题，提高双转子系统容忍振动的能力，根据带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法，以某型带中介轴承双转子发动机相似模型为初始模型进行优化设计，并以此搭建一套双转子实验器系统。通过模态测试、响应测试、连续变转速以及长时间“共振”实验，先后验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法的准确性、有效性、稳定性和可靠性。研究发现，双转子实验器测试结果与计算结果临界转速误差最高3.06%、模态振型误差最高9.6%；工作范围内任意转速下，即使频繁穿越临界转速，振动幅值均不超过50μm；在6阶临界转速处各完成了不少于3790s的“共振”实验，所容忍的不平衡量最大为设计不平衡量的5.2倍，振幅平稳，且可容度评价函数值越高，容忍共振能力越强。实验结果充分验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法是可行的。     

带双挤压油膜阻尼器的转子系统动力响应研究

本文针对主轴承带无定心弹簧挤压油膜阻尼器将油膜力系数线性化处理,方便地用传递矩阵和线性迭代计算了非对称柔性转子系统稳态振幅响应。计算结果表明带两个阻尼器的减振效果比带一个阻尼器好。     

转子碰摩运动的非稳态分析

本文研究了一个柔性单圆盘挤压油膜阻尼器转子系统的非稳态碰摩运动。转子以定常角加速度通过临界转速时产生碰摩, 碰摩力由库仑摩擦定理确定。通过数值计算揭示在各种系统参数下, 角加速度对反向涡动的影响规律, 为防止转子通过临界转速时产生碰摩失稳提供一定参考。      

带有支承不同心转子系统的动力响应

通过对转子结构和动力学特性的分析,利用Lagrange能量法建立了适应航空发动机柔性转子系统在不同心和不平衡激励作用下的动力学模型,揭示了转子振动响应中非线性振动特征的产生机理和影响因素.数值仿真结果表明:由于支承不同心量和不平衡力的共同作用,转子及其连接结构会发生复杂的非线性动力学变化,使转子系统振动响应呈现出非线性特征,包含1倍和2倍频分量,响应的幅值和频谱特征与不同心量和不平衡量的分布密切相关.      

考虑弯扭耦合的带挤压油膜阻尼器转子的响应

本文研究了带挤压油膜阻尼器(SFD)的转子系统在考虑弯扭耦合的情况下的加速响应。采用π油膜理论表示SFD中的油膜力，推导了在加速情况下转子系统的运动微分方程，并采用数值方法对运动方程进行了求解。由计算结果可以看出．角加速度的大小会对系统的瞬态响应产生影响，而平稳运行后突然加速会造成SFD的油膜力产生振荡。     

非线性柔性转子—同心型挤压油膜阻尼器系统稳态及双稳态响应的稳定性分析’

 本文分析了柔性转子—同心型挤压油膜阻尼器系统稳态及双稳态响应的稳定性和系统通过双稳区时的升、降速特性。研究表明:系统的稳态响应有两个不稳定区。不平衡参数越大，轴承参数及外阻尼率越小，越容易引起不稳定。质量比越大，刚度比越小，产生不稳定的门坎转速越低。判别得出的稳态圆响应的不稳定性有许多是由于系统的非协调响应引起的。此外，只有当初角速度在双稳区之前，系统加速通过双稳区时才可能引起双稳态跳跃。双稳态中的小解具有比大解更强的稳定性、     

航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法

将挤压油膜阻尼器设计与转子动力学设计相结合,建立了航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法和设计流程.转子参数为转子阻尼、临界转速配置、最大不平衡量、转子振动峰值,以及支承外传力等,挤压油膜阻尼器设计参数为轴颈偏心率、油膜半径间隙、油膜长度和鼠笼刚度.设计目标是控制转子临界峰值和支承外传力.其中转子阻尼与最大不平衡量为挤压油膜阻尼器设计的关键参数.利用一实验器,对该设计方法进行了数值仿真和实验验证,结果表明:转子振动响应临界峰值减振比例可达60%以上,说明所建立的设计方法是正确有效的,可为挤压油膜阻尼器设计提供指导.      

非线性刚性转子系统振动的主动控制

基于转子系统的非线性振动理论,提出了一种通过控制支承刚性的非线性“软”、“硬”特性减少转子通过临界转速时振动的方法。计算和实验结果均表明该方法可大大地减少转子通过临界转速时的振动。     

转子系统挤压油膜阻尼器设计与动力特性

鉴于挤压油膜阻尼器(SFD)设计必须要同时考虑转子系统的动力学特性,提出了一种转子系统与挤压油膜阻尼器耦合设计方法,给出了详细的设计流程。对所设计的阻尼器进行了CFD数值模拟、油膜压力测量以及减振效果实验,结果证明所提出的设计方法是有效的。相比未采用阻尼器,采用阻尼器后转子系统两个转盘的振幅分别下降了46%和39%。通过实验还研究了不平衡量、支承刚度、供油压力和滑油温度对挤压油膜阻尼器减振效果的影响。结果表明,相比于不平衡量和支承刚度对减振效果的影响,供油压力和滑油温度的影响并不显著。进行挤压油膜阻尼器设计时,重点应该关注转子上的不平衡量大小和支承刚度。     

利用刚度非线性特性可控支承控制转子振动

对利用支承刚性非线性特性主动控制转子振动方法进行了深入理论和实验研究。发现该方法不仅可大幅度降低转子通过临界转速时振动的幅值 ,而且还能避免用挤压油膜阻尼器控振经常出现的双稳态、“闭锁”、非协调进动等有害的非线性振动     

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响的 数值分析

由于装配误差或重力等原因,挤压油膜阻尼器在实际使用中难以避免产生静偏心。为了研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,基于广义雷诺方程推导出静偏心条件下挤压油膜阻尼器雷诺方程并建立了静偏心挤压油膜阻尼器-转子系统的动力学模型,随后运用数值积分获取静偏心下转子系统的非线性响应。研究表明:转子进动半径随着静偏心增大而减小;静偏心显著影响转子轴心轨迹,静偏心时转子轴心轨迹在大多数转速下近似为椭圆而不再是圆,静偏心下突加不平衡响应瞬态振幅远高于无静偏心条件下瞬态振幅。     

SFD用于某导弹发动机的改型研究

以某导弹发动机双转子系统为研究对象，将弹支挤压油膜阻尼器（简称ＳＦＤ）用于内转子进行了动力特性分析。应用传递矩阵和线性迭代方法，分别计算了发动机用与不用ＳＦＤ的转子系统的临界转速、不平衡响应和外传力。结果表明：弹支挤压油膜阻尼器大大减小了转子振动的振幅和外传力。特别是该发动机的工作转速为２５０００ｒ／ｍｉｎ，不用弹支挤压油膜阻尼器时，其二阶临界转速为２２６００ｒ／ｍｉｎ，与工作转速相当接近，用了我们设计的弹支挤压油膜阻尼器后，二阶临界转速降低到１５４００ｒ／ｍｉｎ，显然，发动机工作时的振动性能会大大改善。     

航空发动机高压转子的结构动力学设计方法

建立了航空发动机高压转子的动力学模型,该模型包含所有的结构动力学设计参数,揭示了设计参数与转子振动特性间的关系,提出了转子临界转速界值的估计方法,并予以理论证明.建立了分别基于两阶临界响应的支承刚度设计准则.发现了转子参数临界转速现象,在参数临界转速处,阻尼器将失去阻尼作用,振动趋于无穷大;给出了参数临界转速出现的条件,上述的结论对于航空发动机高压转子的设计具有重要的指导意义.     

Nonlinear vibration response characteristics of a dual-rotor-bearing system with squeeze film damper

Rolling bearing and Squeeze Film Damper (SFD) are used in rotor support structures, and most researches on the nonlinear rotor-bearing system are focused on the simple rotor-bearing systems. This work emphasizes the comparative analysis of the influence of SFD on the nonlinear dynamic behavior of the dual-rotor system supported by rolling bearings. Firstly, a reduced dynamic model is established by combining the Finite Element (FE) method and the free-interface method of component mode synthesis. The proposed model is verified by comparing the natural characteristics obtained from an FE model with those from the experiment. Then, the steady-state vibration responses of the system with or without SFD are solved by the numerical integration method. The influences of the ball bearing clearance, unbalance, centralizing spring stiffness and oil film clearance of SFD on the nonlinear steady-state vibration responses of the dual-rotor system are analyzed. Results show that SFD can effectively suppress the amplitude jump of the dual rotor system sustaining two rotors unbalance excitations. As the ball bearing clearance or unbalance increases, the amplitude jump phenomenon becomes more obvious, the resonance hysteresis phenomenon strengthens or weakens, the resonant peaks shift to the left or the right, respectively. SFD with unreasonable parameters will aggravate the system vibration, the smaller the oil film clearance, the better the damping performance of the SFD, the larger the centralizing spring stiffness is, the larger resonance amplitudes are.     

弹性—多孔挤压油膜阻尼支承在发动机上的应用研究

根据某核心机转子支承系统动力特性的理论分析结果,为其设计了弹性支承和多孔质挤压油膜阻尼器（ＰＳＦＤ）,以调整其临界转速并控制振动。将弹性支承和ＰＳＦＤ安装在该核心机上进行试车的结果表明,理论计算与试验结果吻合得很好,临界转速调整到了预期值,阻尼器的减振效果显著。     

带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性

建立了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子动力学模型,利用非线性微分方程多周期解求解方法,对不同系统参数组合下的动力学方程进行求解,研究了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性的影响规律,比较了带与不带挤压油膜阻尼器系统稳定周期解的动力学特性.通过频谱分析得出:忽略挤压油膜阻尼器时双稳态区主要为基频振动,考虑挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子在双稳态区除了基频振动外,还有倍频的出现.