挤压油膜阻尼器失效问题分析

说明了研究挤压油膜阻尼器(简称SFD)减振失效的意义.首先,介绍了国际上研究SFD的J.W.Lund、E.J.Hahn、R.Holmes、R.A.Cookson和E.J.Gunter等五个学术集团,归纳出他们谈论到的有关挤压油膜阻尼器失效的观点,特别着重指出了挤压油膜阻尼器失效的不正确设计.失效的现象是过不了临界和导致转子支承系统产生双稳态特性.避免失效的方法是:调整油膜间隙与不平衡量间的关系,应用全油膜,限制不平衡量和采用弹性支座.本文的结论是:假如设计参数选择不当,挤压油膜阻尼器不仅不能减振,反而会导致转子支承系统工作不稳定或过不了临界.     

基于有限元素法的挤压油膜动力特性研究

挤压油膜阻尼器(SFD,Squeeze Film Dumpers)因减振效果显著,目前广泛应用于航空发动机等高速旋转机械中.在基于雷诺方程的短轴承近似解或长轴承近似解基础上,提出了求解带挤压油膜阻尼器的转子支承系统稳态动力特性的有限元挤压油膜计算方法,该方法能有效地模拟转子系统在各种工作条件下的油膜力模型.为了验证上述理论分析结果,用有限元法计算了带挤压油膜阻尼器转子系统的油膜压力分布和油膜阻尼,分析中还考虑了油膜惯性力的影响.通过对某发动机转子支承系统的模拟计算,并与试验结果进行对比分析,证明给出的系统动力特性计算方法及性能分析结果可用于工程实际.      

电液主动控制挤压油膜阻尼器的理论分析

针对旋转机械采用传统的动压轴承构成的挤压油膜阻尼器存在的问题,提出了一种由压电晶体-电液主动控制的动静压混合轴承构成的电液挤压油膜阻尼器(HSFD).对于这种电液挤压油膜阻尼器, 经典的半油膜(π油膜)假设不再成立. 为了求解它的压力分布, 提出了一种适用于含有动静压混合作用时Reynolds方程的求解方法. 在此基础上, 对采用这种电液挤压油膜阻尼器的转子系统进行了理论分析, 从而为实现主动控制奠定了基础.      

自适应挤压油膜阻尼器减振机理理论研究

研究了带金属橡胶环自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring)的减振机理,以ASFD/MRR和转子轴颈的受力分析和运动分析为基础,从N-S方程、流体连续方程出发,推导了ASFD/MRR的雷诺方程并求解了油膜压力场.对比ASFD/MRR和挤压油膜阻尼器SFD减振机理的特点,指出SFD仅是ASFD/MRR的特殊形式,ASFD/MRR具有抑制双稳态跳跃等非线性振动的能力,适用于更大的不平衡量范围.      

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.      

用有限元素法验证挤压油膜短轴承解的有效性

在现代航空燃气涡轮发动机和地面高速旋转机中,要求精确地分析预计转子支统的承系振动特性。而在支承结构中带有挤压油膜轴承阻尼器的情况下,用什么方法解算油膜压力,其计算精度和速度如何,是影响整个系统特性分析预计的最主要因素之一,也是这一领域里最重要的研究课题。当前,对不带端封的挤压油膜轴承阻尼器,常采用一维短轴承近似解析法计算油膜压力,本文将通过较精确的二维有限元数值解求油膜压力分布,来验证一维短轴承近似解的有效性,并提出短轴承近似解析法所适用的运转条件。     

挤压油膜阻尼器失效的判据

 挤压油膜阻尼器(简称SFD)设计不当,会导致功能失效.对弹支-挤压油膜阻尼器来说,失效有2种形式:一是过不了临界,即转子系统的振幅随转速的上升而一直增大;二是出现双稳态特性.2帧失效判据图已经作出:一是双稳态区域图,只要轴承参数和质量偏心率数组不选在双稳态区域内,便不致产生双稳态特性;二是减振失效边界图,只要前述数据组不在失效边界的一侧,便不致产生过不了临界的现象.经实验证明,上述结论从正反2个方面看都是正确的.实验也进一步确认了挤压油膜阻尼器优越的减振功能.     

自适应挤压油膜阻尼器减振机理研究

提出了一种带有金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring),它利用环形金属橡胶的弹性变形来调整油膜间隙,以达到油膜阻尼器最佳的减振效果,所进行的实验研究表明:对ASFD/MRR减振机理的理论预测和实验结果具有良好的一致性,该阻尼器在优化设计下,油膜间隙可以得到良好的控制,能明显抑制非线性振动现象的发生,具有良好的减振性能.     

非线性油膜力作用下转子弯扭耦合振动特性研究

建立了非线性油膜力作用下转子-轴承系统弯扭耦合振动的数学模型.采用Rugge-Kutta数值积分方法计算模拟了转子升速过程中弯曲振动和扭转振动的不平衡响应,得到了转子弯曲振动的三维谱图和分岔图.分析发现,转子的弯曲振动会发生倍周期和概周期等复杂的非线性动力学行为.通过与不考虑弯扭耦合作用的系统特性进行比较,指出在转子弯曲振动临界转速附近,弯扭耦合作用对转子弯曲振动特性影响最大.数值分析揭示了扭转振动随转速升高,振幅基本保持不变,频率减小,有助于更深入地认识转子-轴承系统的弯扭耦合振动特性.     

高速柔性转子系统非线性振动响应特征分析

针对高速柔性转子多支点支承的结构特点及转子动力特性设计的需要,分析松动支承对转子动力特性的影响,仿真研究得到多支点支承高速柔性转子系统的非线性振动响应特征。研究结果表明:工作在多阶临界转速以上的转子系统,存在松动支承时,工作中的柔性转子可能存在周期、拟周期、混沌运动。进而研究了松动支承位置、不平衡量、松动间隙等参数对多支点支承柔性转子振动响应的影响,分析结果为多支点支承高速柔性转子系统的动力学设计提供了理论方法。      

单-厚盘转子过两阶临界转速的瞬态振动分析

航空发动机特殊的鼓式压气机结构可简化为径向转动惯量大于轴向转动惯量的厚盘转子系统,其做正进动时存在两个固有频率.计算了单-厚盘转子分别以定角加速度和定功率过两阶临界转速时对不平衡激振力的瞬态响应,其中定功率厚盘转子还与外界能源发生非线性耦合.结果发现,单-厚盘转子的低阶振型为轴的弯曲,高阶振型为盘的偏摆,其中高阶模态是厚盘转子特有模态;过临界转速时瞬态振动由转子的自由振动和强迫振动合成;当功率不足够提供转子通过临界转速时,出现外界能源与转子系统的能量耦合,造成瞬态振动急剧增大而"失速".      

基于GRNN网络和遗传算法的旋翼动平衡调整

针对传统旋翼调整方法没有考虑调整参数与振动信号之间的非线性关系,提出一种结合广义回归神经网络GRNN(General Regression Neural Network)和遗传算法的旋翼调整方法,采用GRNN建立旋翼动平衡调整模型,以桨叶调整参数作为GRNN输入,以旋翼转轴3个方向的加速度测量值和机身3个方向加速度测量值作为网络输出,建立调整参数与直升机振动信号之间的模型.以直升机振动作为目标函数,采用改进的遗传算法对桨叶调整参数进行寻优,获得直升机振动最小时的桨叶的调整量.飞行实验表明,通过1到2次飞行调整,可使3个方向机身振动(旋翼的一阶振动)为最小,完成旋翼的动平衡调整.      

转子系统模态理论的特点和应用

本文从无阻尼系统出发,理论上分析了转子系统振动方程的特征根,特征向量所具有的特点。除讨论正交性外,还进行了模态空间完备性的分析,推出转子系统强迫振动响应的解析表达式和传递函数的表达式,为参数辨识提供了理论依据。     

转子系统碰摩约束模型与振动响应分析

针对转静子碰摩的典型力学特征,从碰摩对转子产生附加约束的角度提出了碰摩力学模型,基于该约束模型,分析了转子系统碰摩过程中的共振区间扩展、振幅跃迁与不稳定接触等响应特征与机理.研究了力学特征参数对转子碰摩振动响应的影响,结果表明附加约束刚度提升使得系统共振区间与不稳定接触区间增大,而转静子间摩擦系数升高造成系统共振区间减小与振动响应幅值的降低.建立了具有航空发动机结构特征的碰摩分析模型,仿真结果表明,除碰摩约束造成的共振区间扩展外,具有结构特征的转子碰摩响应还与碰摩位置及模态振型密切相关.碰摩程度较轻时,转子瞬态响应表现出拟周期振动的特点,而碰摩程度严重时,转子运动趋向不稳定,响应特征更接近约束模型.      

辐条式高速转子轴向挠性振动特性

惯性执行机构高速转子轴向挠性振动所诱发的干扰会对高精度、高稳定度的航天器造成不利的影响。为了使这种影响尽可能地降到最低,需要研究高速转子的挠性振动模型。在转子发生轴向挠性振动的过程中,可以将转子的辐条看作是一端固定、一端有集中质量的悬臂梁。文章通过这种方法建立了辐条式转子的轴向挠性振动模型并对转子的轴向挠性振动特性进行了分析。结果表明,当外加激励的频率等于转子的固有频率时,将诱发转子产生大幅的轴向挠性振动。此外,满载精度要求较高的情况下,可以通过能量法建立转子的轴向挠性振动模型,从而提高模型的精度。     

共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

针对带有涡轮级间共用承力框架的转子系统,为准确描述转子-共用支承-转子（简称共用支承-转子结构系统）之间的振动特性,采用转子截面横向和角向振动特性耦合动力学模型,振动耦合产生机理及影响规律进行研究。理论分析结果表明:转子支点的动态响应对其他转子的支点动刚度特性及转子振动响应特性具有一定影响,共用支承结构振动响应对转子系统振动特性的计算误差超过10%,因此,在共用支承-转子结构系统的临界转速和振动响应计算分析中,需要考虑2个转子与共用支承结构的振动耦合影响。对于涡轴发动机共用支承-转子结构系统的有限元仿真计算结果表明:由于存在共用承力框架,2个转子之间将发生振动耦合,系统产生耦合振型,某一转子转速将会影响另一转子所激起的系统共振临界转速;并对共用承力框架结构的隔振特性也有影响,2个转子共同激励下振动响应与转子单独激励相比,在承力框架安装边上的动载荷以及载荷传递系数均大幅度提高。      

磁悬浮反作用飞轮磁轴承动反力分析及实验

针对磁悬浮反作用飞轮转子系统,提出了一种描述混合磁轴承动反力的新模型.基于拉格朗日原理,将飞轮转子两去重面内不平衡质量矩等效至两端径向磁轴承位置,并与转子惯性轴偏离几何轴引起的离心力共同作用,得到磁轴承动反力.仿真结果表明:转子两不平衡质量矩大小相等时,其振幅从相位差φa-φb=0时的30μm减小至φa-φb=π时的10μm(减小了2/3),从转速为1000 r/min时的5μm增加至5000 r/min时的10μm(增加了1倍).测试实验结果与仿真结果一致,为飞轮系统高精度高稳定度控制奠定了基础.     

高速转子连接结构刚度损失及振动特性

高负荷航空发动机转子的转速和支点跨度不断加大,使得转子弯曲刚度下降,并在工作中具有一定弯曲变形。转子弯曲变形时,连接界面会存在刚度损失,需考虑转子弯曲变形对连接界面刚度特性及转子系统振动特性的影响。提出了定量描述连接界面刚度损失的力学模型,并针对非连续转子系统的动力学设计,提出了基于应变能分布优化的连接结构刚度损失抑制方法。数值仿真结果表明:转子弯曲变形下,连接界面刚度损失显著,会使转子弯曲临界转速大幅降低;通过转子应变能分布优化设计可有效降低连接界面刚度损失对转子系统振动特性的影响,对转子系统振动特性优化设计具有重要的指导意义。