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.      

弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统动力特性试验研究

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)将减振与调频功能融为一体,既保留了挤压油膜阻尼器(SFD)的优点,又改善了SFD的油膜非线性特性,具有较好的应用前景。以数值分析为辅、试验手段为主,分析了ERSFD-转子系统在弹性环凸台高度、供油条件、滑油温度和不平衡量等因素影响下的动力学特性,并综合各因素的影响结果,得出了试验的三种弹性环凸台高度中,弹性环凸台高度较小的ERSFD支承下,转子的动力特性较为理想。     

浮环挤压油膜阻尼器对模拟低压转子突加不平衡响应影响分析

为了研究浮环挤压油膜阻尼器对涡轴发动机模拟低压转子突加不平衡响应的影响,建立了考虑多种耦合的带浮环挤压油膜阻尼器模拟低压转子的动力学模型,推导其运动方程并采用数值方法进行了求解,分析了系统响应随浮环与轴承质量比值、支承刚度和油膜间隙等设计参数的变化.研究表明:相比传统挤压油膜阻尼器,浮环挤压油膜阻尼器更好地抑制了转子系统加速过临界时的瞬态响应以及稳速和升速过程中的突加不平衡响应;增大浮环与轴承质量比值、减小弹性支承刚度和挤压油膜间隙,能够更好地抑制突加不平衡响应的瞬态振幅和瞬态过程;转子系统由于油膜非线性引起的双稳态大振幅区会随浮环与轴承质量比值的增大而减小,而随挤压油膜间隙值的减小而增大.      

弹性环式挤压油膜阻尼器减振实验研究

为研究弹性环式挤压油膜阻尼器（ERSFD）的减振效果,建立了可更换不同参数弹性环的转子实验系统,开展了ERSFD的减振效果验证实验,并对实验结果进行了对比和分析。研究结果表明：ERSFD对转子具有较明显的减振作用。供油前后转子系统的各阶临界转速相对变化不超过4.63%,说明ERSFD的油膜不会明显改变转子系统模态。ERSFD的减振效果随着ERSFD的参数变化而变化,并且对转子不同阶模态,减振效果也不同。影响ERSFD减振效果的参数较多,需要进行ERSFD与转子系统的参数优化设计。     

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

为了研究在瞬态冲击（突加不平衡）下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果，设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台，开展突加不平衡动力学实验，获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应，降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%，同时抑制了转子经过临界转速的基频振动（幅值最大降低了62.18%）;ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼，其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下，1阶临界转速降低2.39%。     

含浮环式挤压油膜阻尼器转子系统的突加不平衡响应分析

为了研究含浮环式挤压油膜阻尼器对转子系统突加不平衡响应的抑制作用,建立了浮环式挤压油膜阻尼器-转子系统的动力学模型,在模型中,充分考虑了转子与浮环式挤压油膜阻尼器的耦合作用.运用数值积分获取系统的动力学响应.研究表明,与传统挤压油膜阻尼器相比,浮环式挤压油膜阻尼器能更好地抑制转子系统的突加不平衡响应;在靠近临界转速时,浮环式挤压油膜阻尼器能抑制瞬态过程;较大的浮环质量和滑油黏度能更好地抑制转子系统突加不平衡响应.      

挤压油膜阻尼器转子系统突加不平衡瞬态响应分析

针对发动机转子在运转时可能发生叶片脱落故障,搭建了带挤压油膜阻尼器双盘转子模拟叶片脱落的转子实验台。对转子系统实验装置进行合理简化,利用仿真软件和实验测试验证了模型的合理性与有效性。仿真分析了转子系统参数和油膜参数对突加不平衡瞬态响应特性的影响。结果表明,油膜间隙、油膜长度和支承刚度比都会对加速响应特性产生影响,其中油膜间隙与振动响应幅值呈正相关,油膜长度与之呈负相关,支承刚度比与之关系不定;合理选择参数取值能够提升转子系统稳定性。     

挤压式磁流变液阻尼器—转子系统的振动控制试验

以小型航空发动机的转子和支承结构为设计参考,设计和制造了一种支承在挤压式磁流变液阻尼器上的单盘转子系统,并试验研究了在不同控制电流条件下系统的不平衡响应特性。试验发现,磁拉力对一阶临界转速和临界振幅的影响可以忽略;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使临界转速增加。根据这一特性,提出用开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果。研究表明,挤压式磁流变液阻尼器具有结构简单、控振效果明显、反馈迅速等特点,在高速柔性转子系统的振动控制中极具应用前景。      

有挤压油膜阻尼器支承的转子系统碰摩响应研究

本文研究了有挤压油膜阻尼器支承的转子系统碰摩响应的非线性特性。研究发现:随着转速比增大,系统响应的最大振动幅度最终会增大。最大振动幅度在随转速的变化中呈现各种变化,或者增大,或则不变,或则减小。系统的周期解分叉与系统响应的最大振动幅度有明显的关系。在周期解分叉点上系统的最大振动幅度都发生明显的变化。挤压油膜阻尼器对系统有明显的减振效果,油膜参数大到一定值以后,挤压油膜阻尼器参数变化对系统的减振效果不在有明显的变化。碰摩摩擦系数对系统的减振同样有很好的效果,较大的摩擦系数能够使系统更平稳地工作。在某些情况下,较小的摩擦系数同样可以起到很好的减振效果。不平衡参数对系统碰摩幅度的影响非常大,越大的不平衡参数使系统响应的最大振动幅度更大。系统保持周期解状态能够使系统的最大振动幅度得到减小。     

环形金属橡胶减振器

研究开发出一种用于转子支承系统的新型阻尼器—环形金属橡胶减振器（ＲＭＲＤ）。在转子实验器上的实验研究表明,它具有优越的阻尼减振性能和线性特性。与挤压油膜阻尼器（ＳＦＤ）比较,ＲＭＲＤ减振效果更好而且能承受更大的不平衡力载荷。作为一种干摩擦阻尼器,ＲＭＲＤ能在高温或低温下长期工作,因而特别适用于作低温环境下工作的火箭发动机的液氢和液氧涡轮泵转子减振器     

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.     

同心与非同心型挤压油膜阻尼器减振能力的实验比较

为了比较带定心弹簧的同心型与不带定心弹簧的非同心型挤压油膜阻尼器(SFD)的减振能力，在同心型与非同心型SFD 多盘柔性转子系统实验装置上进行了不同转子不平衡质量及油膜径向间隙条件下的系列试验。结果表明:相对于刚性及纯弹性支承，两种SFD都能够有效地减小转子系统的振动。在同心型SFD 柔性转子系统中，当SFD的作用相对定心弹簧的作用较弱时，可以用定心弹簧来调整转子系统临界转速的位置，转子的临界转速在弹支临界转速附近；当SFD的作用相对定心弹簧的作用较强时，定心弹簧对转子系统临界转速的影响不大，转子的临界转速在刚支临界转速附近。非同心型SFD 转子系统的非线性特性比同心型SFD转子系统更为复杂，不仅会出现主共振，而且还会出现超谐共振及亚谐共振。      

结构对称的SFD—柔性转子系统双稳态现象发生规律研究

通过理论计算,研究了结构对称的带定心弹支挤压油膜阻尼器（ＳＦＤ）—柔性转子系统双稳态现象的发生规律。说明了计算双稳态特性的方法,以轴承参数Ｂ、刚度比ｆ 和质量偏心Ｕ 作为基本参数来分析双稳态特性,并得出了Ｂ—Ｕ 及ｆ—Ｕ值范围。结果表明,只要设计参数选择合理,使Ｂ,ｆ 和Ｕ值不在此范围内,即可避免双稳态现象的发生     

高效油膜阻尼器的研究与开发

本文根据高速旋转机械振动控制发展的需要,研制、开发了一种基于挤压油膜阻尼器(SFD)的更有效的新型阻尼器,即多孔环挤压油膜阻尼器 (PSFD)。从理论和实验两方面研究了 PSFD和 SFD对转子振动的控制效能。研究表明 PSFD具有更有效的控振作用,能大大提高转子系统的不平衡承载能力及工作的稳定性和可靠性.      

挤压油膜阻尼器转子系统非线性动力特性分析

为了对挤压油膜阻尼器（SFD）-转子系统非线性动力特性进行分析，提出了油膜力数据库方法，即将挤压油膜阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围从（-∞, ∞）转化到（-1, 1)，给定阻尼器的长径比，用有限差分法建立了挤压油膜阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库，直接或通过插值求得对应运动状态下的非线性油膜力，从而有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。实际算例计算结果表明，该方法无论在速度还是在精度上都能满足要求，对实际转子系统的动力特性分析及优化设计具有一定的应用价值。     

新型动静压挤压油膜阻尼器对转子系统振动的控制能力

以改善传统的挤压油膜阻尼器 (SFD)油膜力高度非线性的不足为目的 ,提出了一种新型的阻尼器 ,即动静压挤压油膜阻尼器 (HSFD)。在推导出无周向回油槽深油腔 HSFD油膜力近似解的基础上 ,以小孔节流的 HSFD为例 ,对其油膜力的动力特性进行了分析 ,并从理论及试验上研究了 HSFD对转子系统振动的控制作用。结果表明 HSFD不仅能够明显地改善 SFD油膜力的高度非线性特性 ,克服在 SFD系统中经常出现的具有极大振动的双稳态现象 ,而且还具有更有效的减振效果     

带有挤压油膜阻尼器的转子系统动力学相似设计

针对航空发动机中常见的带有挤压油膜阻尼器(SFD)转子的动力学相似问题,建立了一种相似建模方法。从带有阻尼的转子的振动微分方程着手,通过方程分析法推导了转子振动过程中的不平衡力相似关系和阻尼力相似关系。以挤压油膜阻尼器的油膜力和油膜方程为基础建立了挤压油膜阻尼器参数与转子相似参数之间的数学关系,并给出了相应的工程设计方法。以某带有挤压油膜阻尼器的单转子系统为例,建立了带有挤压油膜阻尼器的相似转子系统,使用有限元法分析了该转子系统与其相似系统的动力学特性,分析结果显示：在仅考虑转子系统内挤压油膜阻尼器阻尼的情况下相似系统的不平衡响应与原转子系统不平衡响应误差低于1%。