航空发动机用金属橡胶隔振器动静态性能的研究

以某型号航空发动机阻尼减振需求为背景,对开发研制的金属橡胶隔振器与现用的橡胶隔振器进行了动、静态实验研究。研究结果表明:金属橡胶隔振器的能量耗散性能、静态承载能力、过临界的能力及提供振动防护的区域都远远大于橡胶隔振器,而且通过改变金属橡胶隔振器的结构参数和预压缩量可以优化其隔振效果。研究结果为利用金属橡胶隔振器来改善航空发动机的振动状况提供了依据。     

用于管路的薄金属橡胶减振器的性能研究

金属橡胶是一种高阻尼非线性减振材料,本文对金属橡胶薄片减振器的基本性能进行了实验研究。设计了单自由度系统,详细研究了不同参数的金属橡胶减振器对系统的特性的影响。大量实验表明,金属橡胶的成型密度、安装紧度、成型厚度、金属丝材料等因素对金属橡胶的减振效果存在不同程度的影响,且承受的激振力水平越高,其减振效果越好。      

机电集成超环面传动弱非线性自由振动研究

针对新型广义复合传动机构-机电集成超环面传动系统,其中蜗杆、行星轮间电磁啮合刚度的非线性变化,首先推导出了系统弱非线性摄动形式的运动微分方程,其次在将其转化为小参数形式的基础上,利用Linstedt-Poincare法求出了该系统频率和位移响应的近似解析形式.最后讨论了算例系统中电磁啮合力的非线性变化对系统振动频率及振幅的影响,得出了随小参数ε次幂数增大,传动系统各方向振动的振幅几乎不受影响,而各阶振动频率却变化明显的结果.      

多射流喷射器的压电激励特性

采用数值模拟方法研究了多射流喷射器的压电激励特性，获得了喷射器的压力、流量和速度波动特性。研究结果表明:多射流喷射器内的压力脉动主要受壁面运动特性影响，压力振幅随激励频率增大而增大；而封闭腔内的压力脉动与壁面位移造成的容积变化有关，压力振幅不随激励频率变化，因此基于封闭腔假设的理论计算方法不能准确预测喷射器的压力脉动。在多射流喷射器内，入口和出口的流量振幅不相同；不同位置的压力振幅分布不均匀导致了不同喷孔的速度振幅存在差异，并对射流形态产生影响。      

带气膜阻尼环的转子系统动力特性试验

提出一种具有金属橡胶弹性外环的气膜阻尼环(AFD)作为转子系统的辅助支承阻尼元件.建立AFD的力学模型,解释其工作机理.建立带AFD转子系统的试验台和测控系统,对比无AFD转子系统的动力特性,验证AFD的辅助支承阻尼性能.通过对AFD振动位移和相位的测量,说明气膜环在转子运转过程中的跟踪振动响应过程.通过对比气膜环和转子轴颈在转子系统运转过程中的相位差,验证AFD的工作机理和阻尼减振性能.最后研究初始气膜间隙对AFD性能的影响.研究结果表明:由于AFD具有可动金属橡胶环,气膜环能够跟随转子轴颈的振动量,自动调整偏心振动量和相位,具有自适应特性.在金属橡胶和气膜的刚度和阻尼作用下,AFD作为转子系统的辅助支承阻尼元件,为转子系统提供附加支承刚度和有效阻尼,起到限幅减振的作用.而初始气膜间隙越小,辅助支承阻尼作用的效果越明显.      

金属橡胶-钢丝绳索型减摆阻尼器动力学建模与参数识别

研制了一种直升机旋翼系统金属橡胶—钢丝绳索减摆阻尼器,对其建立了非对称弹性黏性阻尼双折线迟滞恢复力模型,利用Fourier级数展开法对模型作线性化处理,基于力—位移迟滞回线中恢复力各个成分关于位移的对称关系,设计了一种参数分离的物理参数识别算法,数值仿真显示算法精度和抗噪性高,采用振幅3.2mm,频率3Hz的正弦位移载荷激励减摆器时,实测结果的计算表明模型及算法可用于实际研究。     

压缩比对金属橡胶结构和压缩力学性能影响

加工了具有相同尺寸和质量的多个金属橡胶,而各金属橡胶对应不同高度的毛坯,引入"压缩比"概念,即毛坯高度和模压后金属橡胶成品高度之比,分析压缩比对金属橡胶结构和力学特性的影响.准静态试验结果表明:压缩比会显著的影响金属橡胶的表观结构以及各向异性力学特性,压缩比较大,到达5~6时,金属橡胶表观的螺旋丝呈现有序的竖立堆积状,同时成型方向刚度偏小;而压缩为2时,成型方向刚度很大,非成型方向刚度相比于其余压缩比试件明显偏小.试验结果表明:在金属橡胶的加工和设计过程中,需要考虑压缩比对性能的影响.      

非定常运动下的激波/边界层干扰分离特性研究

采用高精度数值方法求解非定常雷诺平均N-S方程和单自由度强迫俯仰运动方程,研究二维压缩拐角模型在等速抬头/低头和周期性俯仰振动等运动方式下的非定常激波/边界层干扰问题,考察角速度、振幅和频率等参数对分离区非定常变化规律的影响。结果表明,压缩拐角等速抬头运动时分离区减小、等速低头运动时分离区增大,周期性俯仰振动时分离点、再附点以及分离区大小的变化都与模型振动频率相同。与相同来流条件下定姿态计算对比分析表明,压缩拐角壁面运动产生的非定常迟滞作用使分离区大小变化减慢,俯仰振动振幅对分离区大小变化影响较大、而对变化的相位影响较小,而振动频率的改变对分离区大小变化的相位影响很大、对分离区大小影响较小。     

振动对液滴撞击壁面铺展特性的影响

在航空航天领域的喷雾冷却过程中，被冷却器件时常处于振动状态，因此确定振动对喷雾冷却液滴撞击壁面动态行为的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型建立了液滴撞击垂直简谐振动壁面的数值模型，研究了壁面振幅、频率和初始相位角对铺展特性的影响。结果表明，相同撞击条件下，壁面振动不仅影响着最大铺展因子和铺展时间的大小，还会使液膜发生断裂抑制和飞溅行为；初始相位角为0°时，铺展时间随振幅和频率的增加而减小；最大铺展因子随振幅的增加一直增加，振幅较小时，最大铺展因子随频率的增加先增加后减小，在共振频率处取得最大值且减小程度随振幅的增大逐渐降低，振幅较大时，最大铺展因子随频率的增加变为一直增加；铺展时间和最大铺展因子随初始相位角的变化趋势主要与频率有关，频率较小时，初始相位角对铺展时间和最大铺展因子无明显影响，随着频率的增加，铺展时间先后在180°和90°相位最大，最大铺展因子先后在0°和180°相位最大。     

激励器结构对三电极等离子体高能合成射流流场及其冲量特性的影响

等离子体激励器以其结构简单、响应速度快、环境适应性强等优势,已成为主动流动控制技术和流体力学研究的前沿与热点。相比于传统两电极激励器,三电极等离子体高能合成射流激励器具有更高的能量效率,形成射流冲量更大,有望成为新型快响应直接力产生装置。为揭示激励器结构对射流流场和冲量特性的影响规律,进而优化激励器结构参数,利用电参数测量装置、高速阴影系统及自主设计的单丝扭摆式微冲量测量系统对不同射流孔径、腔体体积和电极间距的三电极激励器放电特性、射流流场及其冲量进行了实验研究。为对比激励器在不同工况条件下的工作特性,定义无量纲能量沉积ε和无量纲射流冲量 I *,并分析了激励器结构参数对ε和 I *的影响。结果表明对于给定无量纲能量沉积ε,激励器存在最优射流孔径;激励器无量纲能量沉积ε和无量纲射流冲量I *随腔体体积增加而减小,随激励器电极间距增加而增加;射流强度及其流场影响区域随腔体体积增加而减小,随激励器电极间距增加而增加。对比不同腔体体积和电极间距工况条件下 I *随ε的变化可知,为设计具有较好射流冲量水平的激励器,在相同无量纲能量沉积ε条件下,应尽量增大激励器无量纲射流冲量 I *。当设计激励器无量纲能量沉积ε小于初始工况时,应增大初始工况激励器腔体体积使无量纲能量沉积ε降低至设计值;当设计激励器无量纲能量沉积ε大于初始工况时,应增大初始工况激励器电极间距使无量纲能量沉积ε增加至设计值,使设计激励器具有较好的射流冲量水平。     

金属橡胶隔振器产生混沌的解析预测

在考虑金属橡胶隔振系统的非线性刚度和非线性迟滞恢复力的基础上,建立了金属橡胶隔振器的非线性动力学方程.根据非线性振动理论,得出了系统在弱非线性情况下的一次谐波慢变参数的平均化方程;推出了谐波慢变参数状态方程的离散化映射,获得了金属橡胶隔振器出现混沌的解析条件.      

悬臂梁根部金属橡胶减振器阻尼性能的实验研究

本文拓展金属橡胶减振材料的应用领域,对其用于悬臂梁根部进行减振进行了研究。实验中对不同金属丝材料,不同的压紧密度,以及不同的安装位置等进行了实验考查,实验结果表明适当的调节金属橡胶的结构参数,将有效地提高其对悬梁的减振效果。     

弹性环金属橡胶支承结构刚度设计与试验验证

 弹性环金属橡胶阻尼器(MRD/ER)是本文提出的一种有别于传统挤压油膜阻尼器的新型无油润滑转子弹性支承阻尼结构,其支承刚度主要来源于弹性环和金属橡胶,并利用金属橡胶阻尼元件提供结构阻尼。该结构具有良好的线性支承刚度且对转子振动阻尼减振效果明显,其限幅凸台限制转子系统可能出现的过大振幅,保证系统安全可靠。本文对该种弹性阻尼支承结构进行结构和动力学设计,并通过刚度阻尼性能仿真计算以及相应的试验进行验证,结果表明:在准静态试验中,阻尼器的组合刚度在大变形范围内具有良好的线性特征且具有稳定的阻尼性能;在动态试验中,结构动刚度随激振频率的增加而减小,在宽频域内具有较大的阻尼系数。     

金属橡胶减振器用于发动机安装减振的研究

 为减小发动机传递至飞机机身结构的振动,设计了金属橡胶减振器用于航空发动机安装。对该金属橡胶减振器进行了动力学建模研究,采用有限元技术对安装减振器前后的飞机全机结构进行了仿真分析,初步表明了该设计对结构频率影响较小,但能引入较大阻尼,降低响应水平。在理论分析基础上,进一步将设计制造的金属橡胶减振器安装于某型飞机,进行地面开车,实测了应用减振安装前后飞机的动力学响应。结果证明了发动机减振安装的可行性与有效性。     

金属橡胶三次非线性干摩擦系统振动响应计算方法研究

运用谐波平衡法(HB)及Fourier级数展开和谐波平衡法相结合的方法(FHB)对金属橡胶三次非线性干摩擦系统的振动响应进行了研究,发现当三次非线性因素较大时,HB法和FHB法结果相近,两种算法都可采用,而当三次非线性因素较小时,HB法和FHB法的结果差别较大,而FHB法在理论上更精确,因此应采用FHB法。对金属橡胶减振器做动态响应实验,发现减振器的固有频率和传递率幅值都表现出非线性特性。     

带气膜阻尼结构振动特性的理论研究

针对航空发动机气膜阻尼的结构设计需求,基于挤压间隙流理论和能量方程建立气膜阻尼的力学模型,由此获得气膜阻尼结构的等效刚度系数和等效阻尼系数,通过振动方程的理论推导获得放大因子的表达式.结果表明:气腔厚度、气腔初始压强、吸振薄板模态频率和安装位置是影响减振效果的关键参数.气腔最优厚度主要由附面层厚度和实际振动频率决定,需结合实际情况确定气腔厚度,以最大程度降低振动响应;气腔初始压强越高,阻尼系数越大;吸振薄板的固有频率应尽可能与叶片本体接近,并且安装在本体振动响应最大位置,以取得最好的减振效果.      

单圆盘转子非线性振动模型及机理

根据转子非线性振动的力学性质及大变形假设,结合工程实际构建了转子非线性振动具有Duffing方程形式的力学模型,推导了非线性系统的等效频率和频响方程,研究了刚度元件、阻尼元件与非线性元件对系统振动的影响.通过单圆盘转子非线性振动实验,验证了非线性振动模型结构与Duffing方程求解及频响方程的合理性与有效性,揭示了共振、突变、滞后等非线性现象的机理,为转子振动特性分析提供了一种新的研究方法.      

基于遗传算法的航空发动机管路优化设计

本文根据航空发动机管路的结构和振动特点 ,以有限元计算为基础 ,采用遗传算法为优化方法 ,在通用有限元软件 NASTRAN的平台上开发了管路振动设计优化程序。本文以调频和调幅为目标函数 ,对某一真实导管进行了优化设计 ,计算和分析表明 ,本方法能快速高效地获得最优解 ,应力计算证明这些解满足工程要求的应力分布 ,并建议在必要情况下增加管路用金属橡胶减振器以降低可能出现的振动过大。