并联混合动力齿轮传动涡扇发动机建模与性能分析

为对比探究未来大推力航空混合动力系统与传统航空发动机的优劣,本文依托某概念型齿轮传动涡扇(Geared turbofan,GTF)发动机,设计了一个并联航空油-电混合动力系统(hybrid GTF,hGTF),在Matlab /Simulink数字仿真软件中建立相匹配的电动力模型以及氮氧化物NOx排放和噪声预测等性能参数计算模型,并在稳态和飞行任务剖面下初步分析了电动力系统的引入对原基线GTF发动机的性能改变状况。稳态仿真结果表明,大推力等级的并联油-电混合动力系统中,至少需要兆瓦级的电动力系统进行匹配;当电动力系统处于电动模式时,可能会带来低压压气机喘振的隐患;当电动力系统处于再生模式时,电能源相当于经过了电能到机械能再到电能的二次效率损失,不建议采用。飞行任务剖面动态仿真结果表明,相比于传统GTF发动机,hGTF推进系统的燃油消耗率最高下降15%,总燃油消耗节省8.3%, NOx总排放量减少18.8%,各部件起飞噪声总声压级减少1.5~3.3dB。分析结果表明采用并联混合动力系统具有显著提升省油、减排效果的能力,同时也具有一定的降噪潜力。     

某直升机齿轮传动系统的瞬态热分析

提出了传动系统瞬态温度场的分析方法,建立了失去润滑条件下传动系统功率损失及对流换热系数的计算模型,该模型考虑了失去润滑后传动系统热状态参数的时变特征。在稳态热分析的基础上,求解了某直升机齿轮传动系统的瞬态温度场,为该传动系统生存能力的预测提供了理论依据。      

转子—齿轮联轴器系统的弯扭耦合振动研究

根据内齿轮副的啮合条件和拉格朗日方程,在旋转坐标系中建立了转子-齿轮联轴器系统的弯扭耦合振动方程。对方程进行数值积分求解,结果表明,对于对中良好的轴系,弯扭耦合与弯扭解耦时其瞬态响应的低阶频率值非常接近;对于不对中轴系,弯扭耦合会产生偶数倍频的弯曲振动分量和奇数倍频的扭转振动分量。      

齿轮传动装置运行状态综合监测研究

本文提出了运行状态“综合监测”的观点,并介绍了齿轮传动装置运行过程中的温度、噪声、振动、红外光谱、铁谱和表面轮廓等方面进行综合监测的初步研究结果。      

斜齿轮齿根动应力数值计算与实验研究

运用三维有限元和齿根局部网格密化技术提出了一套计算斜齿轮啮合过程齿根弯曲应力的方法。根据齿轮系统动态特性分析, 求得作用在轮齿上的动载历程, 计算了在动态载荷作用下的齿根应力分布。通过斜齿轮齿根动应力实验, 说明了本文方法的有效性。给出了啮合过程中齿宽不同截面上的动应力分布形态, 讨论了转速和扭矩对齿根动应力的影响。      

附加粘弹性阻尼齿轮结构的阻尼计算

本文结合模态应变能理论与20节点有限元方法,提出了一种附加粘弹性阻尼结构损耗因子的计算模型和方法。以某实际齿轮附加阻尼结构为例,进行阻尼计算,研究了如何提高阻尼处理的效率,并得到相应实验的验证。该方法克服了已有粘弹性阻尼结构计算方法只能对简单理想结构建模的局限性,能够简便有效地应用于实际粘弹性阻尼结构的阻尼预测和优化。这对阻尼的工程应用具有较大的理论和应用价值。      

考虑安装误差的GTF星型齿轮传动系统均载特性影响规律

作为下一代民用航空发动机主要发展方向之一的齿轮传动涡扇发动机（GTF）,其引入了星型齿轮传动系统,为探究安装误差对星型齿轮传动系统均载特性的影响规律,基于商用软件建立GTF星型齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,以均载系数为考查指标进行仿真分析。分别考虑太阳轮、齿圈安装误差对系统的影响,并引入柔性支撑刚度改善载荷分配不均的问题,系统地分析其影响规律。结果表明：在健康工况条件下,各啮合副接触力分布均匀,系统的均载特性良好;随着安装误差的增大,均载系数呈增大趋势,内、外啮合副均载系数较健康工况下的最多增大了21.1%和21.4%,系统的均载特性变差;通过添加柔性支撑并调整支撑刚度,内、外啮合副的均载系数减小到1.00952和1.00187,系统均载特性趋于合理,基本改善了载荷分配不均的问题。