航空发动机转子装配优化技术

转子装配优化技术是通过优化转子各部件之间的安装角度,达到控制转子不同心度和初始不平衡量的目的。详细阐述了基于转子部件跳动测量,计算转子旋转轴线与部件惯性轴之间的偏差,进而计算转子不同心度和不平衡量的估算方法;提出了针对转子不同心度和不平衡量双目标优化原则,并采用蒙特卡洛仿真法对随机装配过程、单目标装配优化过程和双目标装配优化过程进行仿真,通过验证表明,转子装配优化技术达到了改善转子装配质量的目的。     

基于几何代数理论的转子堆叠装配多目标优化

在航空发动机多级转子装配过程中,优化的转子堆叠装配方案对提高转子装配质量及安全运行有着重要的意义。为了提高转子安装相位优化效率和装配质量,基于几何代数理论并结合多目标优化方法提出了一种高效求解最优堆叠装配方案的方法。首先,对几何代数和齐次矩阵的计算效率进行对比验证,并基于几何代数理论改进多级转子堆叠装配误差传递模型;其次,针对航空发动机转子安装相位角度的装配要求,建立转子同心度和初始不平衡量的多目标优化模型;最后,采用非支配排序遗传算法求解该堆叠装配多目标优化问题,获得符合工艺要求的最优装配方案。算例结果表明,优化后的转子装配方案比随机装配方案同心度降低65.10%,初始不平衡量降低97.88%。     

装配优化技术在某型航空发动机高压压气机转子装配中的应用

转子的不同心与不平衡对整机的振动有较大影响,且在实际装配中一次装配成功率不高,本文针对以上问题,介绍了转子装配优化技术,提出了转子不同心度和不平衡量的双目标优化原则,并将该装配优化技术应用于高压转子装配中,验证了其能够起到改善转子装配质量的作用。     

基于等概率随机法的航空发动机转子叶片排序优化

对于盘片分离的航空发动机转子,叶片排序影响初始不平衡量,容易导致振动超限。在转子装配环节,精准、高效的叶片排序优化对于提高装配质量和效率有重要意义。针对此问题,基于单个叶片的质量矩模型,建立单级转子初始不平衡量模型,提出叶片排序优化的目标函数,研究一种基于“等概率随机”的搜索算法,实现在资源、时间消耗和优化效果之间取得平衡。仿真和验证结果表明,该研究方法可以精准、高效地优化叶片装配排序。与传统方法相比,单级转子的初始不平衡量大幅降低,转子的装配品质得到极大提高,已在实际生产中取得显著的应用效益。     

基于建模仿真分析的模拟转子平衡技术

为提高航空发动机转子平衡精度及单元体装配独立性，对模拟转子平衡技术内在机理及模拟转子设计方法进行研究。 采用数值模拟分析方法，基于低速硬支撑转子平衡测量及误差转位补偿原理，建立转子平衡过程的完整数学模型，分析平衡误差 组成项，提取影响模拟转子平衡精度的参数。利用蒙特卡罗仿真及单因素试验方法、设计仿真算法，对误差项中的各参数进行仿 真计算，得到各参数对平衡测量结果的影响规律及误差容限。结果表明：模拟转子可以再现由转子加工误差引入的附加不平衡 量，其中模拟转子配合面端跳、柱跳、跨距、质心轴向位置、转动惯量、质量等参数均会影响附加不平衡量测量精度。各参数设计精 度与测量精度正相关，但对测量精度影响权重不同。当配合面跳动小于0.005 mm，其余各参数精度控制在特定范围内时，测量误 差近似为0，即模拟转子测量结果准确有效。     

基于多重优化的多级盘转子虚拟装配平衡方法

针对航空发动机转子振动精准抑制对装配工艺的需求,提出了一种虑及多转速多级盘结构转子虚拟装配平衡优化方法。以多级盘转子试验台为对象建立了转子动力学模型,在各级盘残余不平衡量及转子原始振动已知的情况下,通过仿真模型进行虚拟装配。以转子各测点的残余振动以及转子整体不平衡力和不平衡力矩为优化目标,采用多重优化算法寻找各级轮盘装配角度的优化方案。最后在3盘转子系统试验台上进行了试验验证,结果表明,使用该方法可使转子在宽转速范围内振动均有所下降,其中最大下降幅度为85.75%。本文结果可为航空发动机多级盘结构转子装配提供方法和技术支撑。     

基于圆弧端齿连接结构的风扇转子装配技术研究与应用

航空发动机圆弧端齿连接结构不同于止口形式的连接,可以用现有的成熟装配技术控制转子同轴度,目前圆弧端齿连接转子的同轴度和初始不平衡量缺少有效的控制手段。本文分析了圆弧端齿连接结构对风扇转子装配的影响规律,创建了圆弧端齿连接结构转子的装配控制算法,突破了国内该结构转子在装配优化控制上的空白,降低了人工成本,提高了装配效率,并制定了风扇转子装配优化控制新方案,降低了转子初始不平衡量及进气机匣振动水平。综上,本文从装配角度解决了某小涵道比发动机进气机匣振动问题,取得了巨大的装配优化效果,具有较高的实用价值。     

低压涡轮初始不平衡量超限计算分析与排除

针对某型航空发动机低压涡轮转子初始不平衡量超限问题,根据机件形位误差与不平衡量之间的影响关系进行计算分析,得出当支承锥盘与盘片组件间形位误差和低压涡轮盘片组件定位基准误差处于极限值且为不利组合时,引起的转子不平衡量值远大于或接近7500 g·mm限制值。根据计算结果,并按照效率最高原则及科研装配经验,制定了排除低压涡轮初始不平衡量超限流程,实践检验方法有效。研究结果表明:控制转子定位基准误差,减小组合件装配形位误差,根据转子不平衡量数值调整机件间安装相位,是降低和优化转子初始不平衡量的有效手段。     

基于Taguchi方法的转子系统动力学容差设计

提出了基于Taguchi方法的转子系统动力学容差设计理论.从结构的动力响应要求出发,以Taguchi方法为基础,对结构的制造及装配容差进行动力学容差设计,减小结构在制造过程的设计参数不确定和安装工艺不确定影响下其动力响应的波动.该设计过程为:①通过正交试验及方差分析完成参数设计,初步确定符合要求的参数设计值组合;②确定容差设计的初始设计值及初始设计范围,确定目标函数,形成多目标优化问题;③利用遗传算法对多目标优化问题进行解算,得到容差设计结果.对某型双转子航空发动机具有初始不平衡量轮盘的安装工艺进行了容差设计.设计表明:具有初始不平衡量的轮盘在装配时通过控制不平衡量的幅值及相位角差的搭配可有效降低支承振动响应,设计后支承最大振动响应合格率由17.7%提高至97%,验证了该设计理论的可行性.     

高压转子维修单元体跳动评价方法

为了提升航空发动机高压转子维修单元体的装配质量，针对当前高压转子维修单元体跳动评价方法中普遍存在的沿程 测量误差问题，通过分析维修单元体转子偏心量与组合转子偏心量之间的影响关系，同时避免复杂的空间坐标变换计算，建立了 高压组合转子结合面偏心量快速预估模型，提出以支承轴颈处偏心量来评价高压转子维修单元体跳动的方法。采用该方法可快 速预估组合转子中间结合面偏心量范围，也可对批量压气机转子和涡轮转子实施最优配对。结果表明：在满足高压组合转子跳动 设计要求的前提下，改进后的跳动评价方法使高压转子维修单元体不合格率从最高约67%降低到约8%，有效提升了转子装配质 量，提高了装配效率。该跳动评价方法对于航空发动机转子装配、组合转子配对以及连接质量评估等工作的开展具有较强的工程 指导意义。     

航空发动机高压转子模拟平衡工艺分析与控制

针对大涵道比航空发动机高压转子采用模拟平衡工艺缺少数学分析手段以及模拟转子技术指标缺少制定依据的问题,提出一种模拟平衡工艺量化分析方法。以过转子重心的静和偶不平衡矢量来表示转子不平衡状态,定义了包含质量偏差、重心位置偏差、转动惯量偏差和端跳偏差的模拟转子模型,结合模拟平衡过程和转位平衡原理,建立转子校正不平衡量和转位补偿量数学模型,以高压组合转子初始不平衡量来评估模拟平衡质量。结果表明：模拟平衡能替代组合平衡,被平衡的两个转子均具备装配互换性和装配对接角度不受限制的特点;本案例中为控制模拟平衡质量,模拟转子质量偏差应在±4%以内,重心位置偏差应在±2 mm以内,直径和极转动惯量偏差均应在±5%以内,端跳偏差应小于0.008 mm。     

装不同传动轴动力涡轮转子的高速动平衡及重复性考核试验研究

在高速旋转试验器上完成了装实心和空心传动轴动力涡轮转子的高速动平衡及装配引起的不平衡分散度考核共9次试验。结果表明：装机用动力涡轮转子的临界转速设计合理；高速动平衡对减小细长柔性转子的动挠度效果显著；对平衡好的转子进行分解和重新装配将带来附加的不平衡(装配不平衡)，从而引起转子振动幅值发生变化，但只要保证高速动平衡精度和装配质量．就不会对转子原有的平衡造成实质性的破坏。     

虑及多转速的核心机转子高速动平衡试验

为满足航空发动机整机动平衡对转子不平衡振动精稳抑制的需求，采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方 法，开展了核心机转子动平衡试验。以核心机转子系统为对象，研究在高压压气机转子第4、9级盘上配重抑制高压涡轮振动的可 行性。综合考虑核心机转子在多转速下的振动状态，以残余振动平方和及残余振动最大值为目标函数，采用优化算法对配平方案 进行优化，制定了核心机转子高速动平衡方案。在核心机转子系统试验台上分别进行了单平面-单转速、单平面-多转速、双平面- 单转速以及双平面-多转速动平衡的试验。结果表明：采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方法能使因不平衡引起的 核心机转子振动在工作转速区间内均有所减小。     

舰用燃气轮机压气机转子动力特性研究

建立某型舰用燃气轮机压气机转子的有限元模型,对转子的动力学特性进行研究。计算了转子的固有频率和振型,求解了转子的临界转速和不平衡响应,并就转子前支承刚度变化对转子临界转速和不平衡响应的影响进行了分析。结果表明:转子为一刚性转子,其振动行为主要受转子一阶模态影响;转子的一阶临界转速为12 825 r/min;转子不平衡响应对第4级附近存在的不平衡量最敏感;转子前支承刚度增大对转子临界转速影响不大,但对转子不平衡响应有一定影响。本文结果可为燃气轮机的可靠运行及转子的进一步优化设计提供依据。     

转子系统不平衡故障的再现方法浅析

针对转子系统不平衡特征再现设计问题,提出1种基于动力学相似关系的模型再现方法。根据转子系统的振动微分方程,通过积分模拟法和量纲分析法建立转子系统中转轴、转盘、弹性支承和不平衡量的相似关系。根据相似关系,设计了原型不平衡转子系统的动力学相似模型,利用有限元方法仿真验证了所得相似关系的正确性。试验采用最小二乘三点法识别原型与模型不平衡转子试验台的不平衡量,给出再现原型不平衡特征的过程,验证了不平衡特征再现设计方法的有效性。总结了基于动力学相似关系的转子系统不平衡特征再现设计方法。