弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理研究（2）—弹性环式挤压油膜阻尼器油膜力特性的求解

分析了弹性环式挤压油膜阻尼器 (ERSFD)油膜压力场控制方程的求解 ,导出了求解ERSFD油膜压力场 (包括油膜刚度和油膜阻尼等 )的超松弛差分迭代格式和算法 ,结合弹性环的变形位移求解算法 ,编制了计算ERSFD油膜力特性的计算程序 ,并将该算法和程序用于某发动机机之ERSFD的油膜力特性的计算。     

弹性环式挤压油膜阻尼器设计因素研究

本文研究了一种新型挤压油膜阻尼器——弹性环式挤压油脱阻尼器（ERSFD）以改善传统挤压油膜阻尼器（SFD）的油膜力特性。通过对ERSFD数学物理模型的求解，研宄了ERSFD油膜力特性，研究表明弹性环的变形能够从动地改善偏心率。从而有效改善刚度非线性。另外，本文也研究了影响油膜力特性的结构参数，为适合于工程应用的ERSFD结构设计奠定了基础。     

弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性系数测试

搭建了弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)的动力学特性测试试验台。利用两个正交方向的简谐激励对ERSFD进行了激振试验,在轴心为圆时测得了阻尼器的位移和载荷数据,并结合阻尼器质心的运动方程分别识别ERSFD油膜和弹性环的动力学特性系数。结果表明弹性环与油膜均具有显著的阻尼和刚度,其中油膜的阻尼和刚度系数随着凸台高度的升高迅速降低,弹性环的刚度和阻尼受凸台高度影响较小;弹性环的厚度对油膜的刚度和阻尼无显著影响;油膜阻尼随供油压力的升高先增大后不变,油膜刚度随着供油压力的升高先增大后减小。不确定度分析结果表明油膜的四个动力学特性系数Cxx、Cyy、Kxx、Kyy的不确定度分别为12.2%、11.5%、18.2%、12.7%。弹性环的四个动力学特性系数Cxx、Cyy、Kxx、Kyy的不确定度分别为30.7%、33.1%、17.0%、12.8%。      

基于厚板的弹性环式挤压油膜阻尼器建模及动力学特性系数识别

利用数值方法完善了弹性环式挤压油膜阻尼器（elastic ring squeeze film damper,ERSFD）的流固耦合计算模型,其中利用雷诺方程建立油膜的控制方程,利用厚板单元建立了弹性环的运动方程并采用分时迭代方法实现了弹性环-油膜的控制方程的耦合求解从而获得瞬时内外油膜的压力,并进一步识别了油膜以及ERSFD的动力学特性系数。结果表明ERSFD的阻尼系数受凸台高度影响最大,凸台高度从0.15mm增加到0.30mm, ERSFD的阻尼系数从5790(N·s)/m减小到718(N·s)/m; ERSFD刚度系数则主要取决于弹性环的厚度以及凸台数目,弹性环厚度从0.8mm增加到1.0mm,ERSFD的刚度从1.44×106N/m增加到2.51×106N/m。      

弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理研究（1）—弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理模型

研究了弹性环式挤压油膜阻尼器ERSFD(Elastic Ring Squeeze Film Damper)减振机理,以ERSFD和转子轴颈的受力和运动分析为基础,从Navier-Stockes方程出发建立ERSFD减振机理模型,推导出了描述ERSFD减振机理模型的微分方程,并从ERSFD与SFD和PSFD的Reynolds方程上分析了它们各自的特点,指出了SFD和PSFD仅是ERSFD的特殊情形,ERSFD既有减振又有调频的功能。     

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。     

挤压油膜阻尼器在锥齿轮系统中减振特性分析

航空发动机中央传动弧齿锥齿轮系统从高压转子上提取功率,高压转子的高转速使得齿轮系统的振动加剧。通常,采 用挤压油膜阻尼器（SFD）作为弧齿锥齿轮-转子系统的减振装置。为研究SFD在锥齿轮系统中起到的减振特性,通过建立SFD的 雷诺方程,基于有限元方法实时计算SFD的非线性油膜力,并采用有限元法及Timoshenko梁单元对柔性齿轮轴进行建模,将SFD 的非线性油膜力与弧齿锥齿轮系统的静态传动误差、时变啮合刚度相耦合,建立SFD支承下的弧齿锥齿轮系统动力学模型,对弧 齿锥齿轮系统在SFD支承下的动力学响应进行理论分析及实测。结果表明：在高转速工况下,SFD可以有效地抑制弧齿锥齿轮系 统的振动幅值,低频区域的振幅从38g 降到9.8g;理论分析和实测结果的振幅在同一量级,并且变化趋势一致,最大振幅出现在第 1阶啮合频率上,理论分析结果为19.7g,实测结果为16.9g。     

流体惯性对弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统动力特性的影响

基于考虑流体惯性的雷诺方程,利用有限差分法计算弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)的内、外油膜分布压力和油膜合力,分析ERSFD-转子系统动力学。通过比较考虑流体惯性和不考虑流体惯性时的油膜压力、油膜合力和转子幅频响应,发现当雷诺数较大时,计算结果存在明显差异。考虑流体惯性的转子系统等效刚度和阻尼均更大,临界转速更大,而共振区振幅则更小。当转子系统的转速较大,或油膜黏度较小从而雷诺数较大时,在油膜力计算中考虑流体惯性的影响是必要的。      

具有挤压油膜阻尼器的多转子系统双稳态分析

采用弯扭耦合传递矩阵法计算具有挤压油膜阻尼器(SFD)的多转子系统在弧齿锥齿轮啮合作用下的振动特性。给出了对多转子系统进行双稳态特性分析的方法和具有SFD时峰值转速计算方法;改进了偏心率及峰值转速的计算方法和软件,提高了计算精度和效率。首次分析在较大的弧齿锥齿轮啮合力与不平衡力综合作用下,复杂转子的双稳态特性。得出了该转子可能发生双稳态现象的偏心率界限为ε>0 61。分析了后支承刚度、传动功率、油膜分布对双稳态特性影响,研究了排除和改善双稳态现象的方法。     

极低压下两相流挤压油膜阻尼器油膜参数特性

针对极低供油压力工况开展实验研究,以考察气液两相流对挤压油膜阻尼器(SFD)油膜参数特性的影响。结果表明:当SFD入口气体体积分数小于0.9时,油膜阻尼随着入口气体体积分数的增加而减小,直至气体体积分数增大到0.9时,油膜阻尼是纯油状态时阻尼的60%;当气体体积分数大于0.9时,油膜阻尼大幅减小至几乎可以忽略不计。现有理论模型并不适用于极低供油压力工况。基于实验结果,找到了最符合SFD两相流动的等效黏度模型,其理论预测的油膜阻尼与不同供油压力下的实验数据吻合较好,为SFD两相流研究的模型选择提供了依据。     

金属橡胶挤压油膜阻尼器阻尼性能分析

为了降低发动机转子高速旋转产生的振动，提高发动机的使用寿命，设计了一种端部安装金属橡胶环的新型挤压油膜阻尼器，并在π油膜假设条件下，利用斯托克斯方程和雷诺方程，给出了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的流量表达式以及非线性油膜力的近似表达式。通过传统短挤压油膜阻尼器和新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的流量特性和油膜力特性的对比分析，表明新型金属橡胶挤压油膜阻尼器具有更好的阻尼性能和良好的节流特性。并通过试验证明了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器具有更好的阻尼减振效果。     

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。     

基于非线性油膜力的滑动轴承动力特性系数识别方法

为了更简便地从滑动轴承非线性油膜力直接识别获得油膜动力特性系数,从频域角度建立了轴颈在轴承中的扰动与非线性油膜力之间的关系,采用等幅异频位移激励技术,一次性识别出油膜8个刚度和阻尼特性系数,通过圆瓦滑动轴承实例验证了该方法的准确性,分析了扰动幅值和频率对识别精度的影响。研究结果表明,扰动频率对识别精度没有明显影响,而扰动幅值对识别精度有较大影响,当扰动幅值大于0.016倍半径间隙时,识别精度超过5%。当扰动幅值小于0.005倍半径间隙时,识别精度在0.5%以内,0.001倍半径间隙时,所给出的油膜动力特性系数识别方法的识别精度可达到0.045%。     

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%。     

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。     

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。     

挤压油膜阻尼器非线性油膜力近似解析改进方法

提出了一种求解挤压油膜阻尼器(SFD)非线性油膜力的近似解析方法。针对Reason 方法不适用非稳态工况的缺点进行了改进,并用典型的Jeffcott转子-轴承系统为具体算例进行了验证,结果表明,改进后的方法能够适应动载荷下的非线性油膜力分析,为转子-轴承系统的非线性分析和优化设计提供了有效手段。     

简单转子系统油膜稳定界限的计算分析

对简单转子支承系统的油膜稳定区进行了计算研究.通过建立包含支承阻尼和转子外阻尼在内的弹性支承滑动轴承系统模型,计算了该转子系统的油膜稳定界限,并对稳定界限进行分析,讨论了提高转子系统稳定性的措施.分析结果表明:减小转子系统的刚度,是提高系统油膜稳定性的有效办法.     

涨圈密封挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示:两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。      

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%。