双转子航空发动机转子动平衡研究

针对双转子动平衡存在的问题,在建立双转子系统的理论计算模型的基础上,给定一个转子的转速和两个转子的转速比,计算出在内、外转子上施加不平衡量后转子上任意一点的振动量,结合影响系数法,为双转子系统进行动平衡提供依据。     

反向旋转双转子发动机振动特性的分析方法(英文)

提出了两种反向旋转双转子系统的振动特性分析方法。基于MSC.NASTRAN大型有限元分析软件,开发了反向旋转双转子系统振动特性分析求解序列。利用两种方法,对某反向旋转双转子航空发动机转子系统的振动特性进行研究,并与传输矩阵方法及发动机整机试验结果进行对比。结果表明,两种方法对临界速度的分析结果正确,且对采用反向旋转方案的现代高推重比航空发动机的振动特性设计具有一定的参考价值。     

弹性支承对滑动轴承转子系统动力稳定性的影响

研究了弹性支承对滑动轴承支承的非线性转子动力系统的动力稳定性影响和减振特性。首先建立了滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的力学模型,在油膜力非线性的情况下,分析了系统的动力稳定性,通过对比具有弹性支承的滑动轴承转子系统和刚性支承的滑动轴承转子系统的响应,表明:弹性支承的加入,有效地提高了系统运动稳定性。     

分数阶阻尼和整数阶阻尼裂纹转子系统振动特性对比研究

在非线性涡动的情况下,把分数阶微积分应用到转子的裂纹故障诊断中,并与传统整数阶阻尼裂纹转子系统的振动特性进行对比分析。仿真结果表明,通过调节分数阶阶次,分数阶阻尼裂纹转子系统能够得到更丰富的反映裂纹故障信息。因此,分数阶微积分能够更好地应用于裂纹转子系统的故障诊断。     

航空发动机燃气发生器转子不平衡响应分析及试验研究

针对航空发动机燃气发生器转子稳态不平衡响应开展理论和试验研究.建立了燃气发生器转子的有限元分析模型,运用转子动力学分析软件SAMCEF/ROTOR对转子在三组不平衡量状态下的稳态不平衡响应进行了计算,并在高速旋转试验器上实测了燃气发生器转子的稳态不平衡响应,揭示了稳态不平衡响应随组合不平衡量的变化规律,研究成果对确定燃气发生器转子的许用剩余不平衡量提供了依据,具有工程应用价值.     

被动式电磁阻尼器对磁悬浮转子系统不平衡响应的影响

采用被动式电磁阻尼器控制磁悬浮轴承转子系统振动.首先,设计了一个被动式电磁阻尼器,可以通过电流变化控制阻尼力.然后,基于通用有限元软件NASTRAN,对磁悬浮轴承转子系统分析了不同阻尼下的不平衡响应仿真.最后通过系统高速旋转实验,研究了不同阻尼器控制参数下该系统的不平衡响应.仿真与试验结果表明,增加被动式电磁阻尼器能够改善系统的动态性能并降低转子的不平衡振动,使转子成功越过一阶弯曲临界转速15 600 r/min,稳定运行在21 000 r/min.     

探针支杆尾迹对压气机转子叶片振动特性的影响研究

针对某轴流压气机试验中出现的第一级转子叶片振动应变信号突增现象,开展了不同构型探针支杆尺寸对压气机转子叶片振动特性影响的对比试验。通过对比不同构型探针支杆尺寸、不同安装布局下转子叶片振动信号的变化,证实了进口探针支杆尺寸是诱发转子叶片异常振动的主要原因。同时采用流固耦合数值模拟方法,分析了探针支杆尾迹诱发转子叶片共振的流动机理。研究结果表明:支杆直径为10 mm的圆柱形探针诱发转子叶片发生整转速阶次激振的一阶共振,当探针支杆尺寸减小后,转子叶片振动响应水平显著降低。探针支杆诱发压气机转子叶片共振的扰动频率来源于支杆尾迹诱导频率与支杆通过频率的共同作用,支杆尾迹脱落涡会引起转子叶片进气攻角产生大幅值脉动。     

挤压油膜阻尼器对耦合双转子轴间力的影响分析

建立带挤压油膜阻尼器耦合双转子系统的动力学模型,分析挤压油膜阻尼器对双转子系统稳态不平衡振动的影响以及临界转速下阻尼器对不平衡振动的控制效果。结果表明,挤压油膜阻尼器能显著降低临界转速附近时双转子系统的振动幅值;阻尼器不仅能改善系统的稳定性,而且能使轴间的耦合作用力变化趋缓,轴承工作平稳,有利于延长其工作寿命。     

旋转圆柱绕流的PIV实验研究

投弃式海流剖面仪(Expendable Current Profiler,XCP)周围流场是典型的旋转圆柱绕流.探头周围流场对探头的运动状态起决定性作用,这直接关系到探头的测量性能,因此有必要对旋转圆柱周围流场进行实验研究.实验在循环水槽中进行,通过PIV对雷诺数保持不变(Re=1000)、不同圆柱旋转速度比(α=0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0)的圆柱下游尾流场进行研究.通过选取不同旋转速度比的任一时刻的瞬态流场,来分析旋转对圆柱尾流结构的影响.为了获得流场的频率信息,对所获得流场信息进行能谱分析来获取涡旋的脱落频率,并进一步使用正交模态分解对流场进行分析,给出了流场主要拟序结构及其能量与转速比的变化趋势.发现圆柱旋转改变圆柱尾流结构,使尾迹尺度变小.在旋转速度比0≤α≤2.0时,存在明显的周期性涡旋脱落,并且涡旋脱落的频率有逐渐升高的趋势;而且当转速比2.0<α≤5.0时尾迹流场的周期性减弱,涡旋脱落变得不明显,流场表现出低频、剪切层的区域特征.随着转速变大,涡旋尺度变小.在较高旋转速度比时,流场中能量被重新分布.     

共轴式直升机地面共振非线性仿真

建立了共轴式直升机旋翼/机体耦合的非线性动力学模型。在不考虑桨叶减摆器和起落架非线性因素的前提下，通过求解某模型直升机不同转速时桨叶摆振和机体运动的时域响应，确定了该直升机发生地面共振的转速范围，并与特征值分析确定的共振转速范围进行了对比验证。最后，分别采用非线性动力学模型和线性化模型对不同转速时的上、下旋翼桨叶摆振和机体运动响应进行了动态仿真计算，发现：在稳定区内，系统 非线性因素的影响不大；在不稳定区，非线性系统与线性化系统的响应特性呈现显著差异，且非线性系统将出现极限环现象。     

Rubbing-Induced Vibration Response Analysis of Dual-Rotor-Casing System

Considering gyroscopic effects caused by rotational speed,torsional vibration as well as coupling effects among inner rotor,out rotor and casing,a dynamic model of the dual-rotor-casing system is established using finite element(FE)method.By comparing the natural characteristics obtained from MATLAB and ANSYS,the developed model is verified.Then rubbing-induced vibration responses in dual-rotor-casing system are analyzed.The effects of rotational speed and speed ratio on rubbing vibration responses of the system are discussed.Results show that different combined frequency components will appear in the spectrum except two unbalanced excitation frequencies and their multiple frequency components,and these frequencies can be used as the dual-rotor aero-engine rubbing failure diagnosis frequencies when rubbing occurs.Besides,the amplitude of torsional vibration is larger than that of lateral vibration under the same working condition,and speed ratio has a great impact on the periodicity of the system rubbing-induced motion trajectory.The amplitude of rubbing-induced responses under counter-rotation is less than that under co-rotation with the same parameters.     

Effects of Tightening Torque on Dynamic Characteristics of Low Pressure Rotors Connected by a Spline Coupling

A rotor dynamic model is built up for investigating the effects of tightening torque on dynamic characteristics of low pressure rotors connected by a spline coupling.The experimental rotor system is established using a fluted disk and a speed sensor which is applied in an actual aero engine for speed measurement.Through simulating calculation and experiments,the effects of tightening torque on the dynamic characteristics of the rotor system connected by a spline coupling including critical speeds,vibration modes and unbalance responses are analyzed.The results show that when increasing the tightening torque,the first two critical speeds and the amplitudes of unbalance response gradually increase in varying degrees while the vibration modes are essentially unchanged.In addition,changing axial and circumferential positions of the mass unbalance can lead to various amplitudes of unbalance response and even the rates of change.     

微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析

为研究悬停状态下旋翼的间距对微型共轴双旋翼气动性能的影响，文中通过搭建试验平台对间距比h/r分别为0.32、0.38、0.45、0.51、0.58、0.65和0.75下的共轴双旋翼进行气动性能测试，以测量不同旋翼转速下所得共轴双旋翼的拉力和功耗对共轴双旋翼气动布局进行优化，试图找出具有最佳气动特性的共轴旋翼布局。另外，通过试验误差分析确定了相应的拉力系数、功率系数和功率载荷，且试验误差均小于2%。同时，为更直观得到不同间距下气流干扰对旋翼系统气动性能的影响，文中采用数值模拟得到了不同间距比下旋翼的流线分布和压力分布。最后，对比试验结果，综合分析旋翼间气动干扰的影响，最终得到间距比h/r为0.38时的共轴双旋翼具有最佳的气动布局。研究结果表明，悬停状态的共轴双旋翼可以通过改变间距大大提高气动性能，且同一间距下转速越大虽然旋翼间干扰越强烈，但此时开始出现耦合，使得系统的气动性能可能更好，同时，由于上下旋翼间的相互诱导，虽然转速较低时升力较小，但是功耗明显低于高转速，使得系统具有更大的功率载荷。     

共轴刚性旋翼桨毂阻力特性及流动机理

共轴刚性旋翼直升机在高速飞行时,桨毂流动复杂、分离强、阻力大。为明晰其阻力特性和流动机理,采用CFD方法针对已完成风洞试验的共轴桨毂组合模型进行数值模拟研究,获得了桨毂组合模型各单独部件的阻力、表面流动和空间流场特征,阐明了产生阻力最大的部件和影响阻力的主要因素,揭示了中间轴整流罩和塔座设计参数的减阻机制。分析结果表明:上、下旋翼桨毂是产生阻力的主要部件;中间轴和塔座的分离尾流对桨毂表面流动产生较大的干扰作用,使桨毂整流罩表面受干扰区域产生气流分离;具有较缓和逆压梯度的中间轴整流罩和塔座能有效减小分离尾流对桨毂整流罩的干扰,从而降低整个共轴桨毂系统的阻力。     

共轴高速直升机振动载荷计算分析模型

共轴高速直升机上下旋翼之间存在强烈的气动干扰现象,这对旋翼的气动特性影响较大。本文根据这一特点并考虑气弹耦合计算效率,利用单旋翼自由尾迹模型的尾迹几何和固定尾迹计算的初始诱导速度分布作为共轴双旋翼预定尾迹模型的初始迭代值。与Leishman-Beddoes非定常动态失速模型、Pitt-Peters动态入流模型、共轴直升机上下旋翼桨叶全本征动力学方程及弹性桨叶与变距轴承边界约束条件等计算模块相结合,建立了一种考虑上下旋翼之间气动干扰及耦合迭代的共轴双旋翼振动载荷计算模型。为验证本分析模型的计算精度,以西科斯基公司的验证机XH-59A为研究对象,与国外风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

前飞速度和升力偏置量对共轴刚性旋翼气动特性影响分析

共轴刚性旋翼前飞状态的气动特性主要由工况环境中的来流速度、密度和桨叶的翼型配置、弦长分布和扭转分布等气动布局参数决定。气动布局参数的综合影响决定了共轴刚性旋翼的的升力偏置量。了解前飞速度和升力偏置量对前飞性能的影响规律有利于设计更适合于高速飞行的共轴刚性旋翼。因此,本文通过求解可压雷诺平均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程对4 m直径的由两副2片矩形桨叶旋翼构成的共轴刚性旋翼模型的前飞流场进行了数值模拟,获得了不同前进比下的气动力并对不同升力偏置量下的旋翼性能进行了对比。数值模拟结果表明,随前进比增大,桨叶展向拉力分布更加趋于合理,拉力中心向桨叶中段移动,可以充分给桨尖卸载;旋翼升力主要由前行侧桨叶提供,升力偏置量过大容易产生激波诱导失速,不利于高速前飞。     

分离式共轴刚性旋翼风洞试验技术研究

为在■3.2 m风洞开展高速直升机共轴刚性旋翼风洞试验,中国空气动力研究与发展中心(China Aerodynamic Research and Development Center,CARDC)开展了分离式共轴刚性旋翼风洞试验关键技术研究。解决了双旋翼共轴反向驱动、双旋翼联动和差动变距操纵、旋翼气动力分离测量、旋翼间距调整等关键技术问题,研制了■2 m直径共轴刚性旋翼试验台和旋翼天平、旋翼操纵系统,实现了旋翼共轴等速反向旋转、双旋翼联动和差动变距操纵、旋翼升力偏置调整、旋翼气动力孤立测量、旋翼间距调整等功能。通过开展风洞试验,验证了该试验技术,表明试验技术具有技术成熟度高、数据重复性精度高、可调节参数多的优点。     

尾流作用下对转涡轮叶片振动的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计可以提高喷气发动机的推重比.本文应用ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析.对一定的涡轮工况,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律.采用傅里叶变换,对流体激励力、叶片应力及变形相应进行频谱分析,结果表明:在复杂来流激励下,叶片的第一阶振动较易被激起;但高阶振动响应不可忽略;而且叶身温度场不同,被激起的振动阶次也不同.     

应用PIV测量缩比共轴双旋翼流场特性的研究

采用粒子图像测速(Particle image velocimetry,PIV)技术对一缩比共轴双旋翼模型在悬停和以不同前进比前飞时的流场进行水洞实验。测量得到了旋翼流场的瞬时涡量的速度分布,桨尖涡的脱落轨迹,悬停时的尾迹边界和前飞时的尾迹边界等流场特性参数分布。研究了不同状态下共轴双旋翼流场的气动干扰特性。在悬停时,下旋翼的桨尖外侧有上洗流现象,而下旋翼则没有。与共轴双旋翼性能试验数据比较得出,在悬停时共轴双旋翼形式存在有利的相互气动干扰现象。实验还得出了悬停和不同前进比前飞时桨尖涡的脱落轨迹。