航空硅橡胶材料研究及应用进展

综述了航空硅橡胶的耐高温性能、耐低温性能、导电性能及阻尼性能等的研究现状,发现改善生胶结构(主链、端基、侧基以及分子量)、加入特种耐热添加剂(白炭黑、金属氧化物及其他添加剂)是提高航空硅橡胶耐高温性能的主要途径;调节改性链节类型、含量,破坏硅橡胶分子链的结构规整性是调节航空硅橡胶耐低温性能的主要途径;优选、并用掺杂导电粒子、改进其分散性是提高航空硅橡胶导电性能的主要途径;设计制备大空间位阻的活性聚硅氧烷阻尼剂是提高航空硅橡胶阻尼性能的主要途径.简要介绍了航空硅橡胶在高低温密封、导电和阻尼减振等方面的应用状况,提出高功能化的硅橡胶,如长期高耐热硅橡胶、耐超低温硅橡胶、高电磁屏蔽硅橡胶、高耐疲劳阻尼减振硅橡胶、准恒模量减振硅橡胶、发动机减振氟硅橡胶等特种材料是今后航空硅橡胶未来发展的方向.     

改性废胶粉/天然橡胶的制备及性能

以丙烯酰胺(AM)为接枝单体,采用紫外光(UV)接枝的方法对废胶粉进行接枝改性,研究了废胶粉接枝改性的最佳条件。将最佳改性条件下的废胶粉与天然橡胶制成复合材料,研究了复合材料的力学性能、热空气老化性能及微观形貌。结果表明:废胶粉紫外光接枝改性的最佳条件为废胶粉目数为100目,AM用量为8%,BP用量为5%,光照时间为4 min。当改性废胶粉添加量为10%时,复合材料的拉伸强度、邵尔A硬度均有所提高;复合材料的抗热氧老化性能得到改善。微观形貌分析表明:改性废胶粉在NR中的分散性得到了改善,相容性得到了提高。     

用于转子系统的气膜密封阻尼结构稳态特性

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子－气膜－金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态压力场求解流程,并提出金属橡胶刚度的定量设计方法.采用有限差分法求解稳态压力场,研究GFSD工作参数和结构参数对稳态特性的影响,为GFSD结构参数设计提供参考,最后与直通式篦齿封严的泄漏量进行比较.结果表明:合理设计金属橡胶刚度能够使GFSD自适应地调节气膜间隙;在保证动压润滑的基础上,选取大长径比、小金属橡胶刚度和密封间隙能够使GFSD具有良好的稳态特性;GFSD的泄漏量远小于直通式篦齿封严,能够满足现代航空发动机中高进出口压比下的封严需要.      

气膜密封阻尼结构的气膜稳态特性分析

针对航空发动机等高速旋转机械的气体动密封和转子系统的振动问题,提出一种新型的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构,其作用是在转静子之间建立气膜用于阻尼和封严,高弹性阻尼材料的外环用于控制气膜的动力特征.基于准静态法建立转子-气膜-金属橡胶外环三者之间的流固耦合关系,采用有限差分法求解气膜压力场,得到表征气膜密封阻尼结构稳态特性的气膜力、泄漏量和摩擦转矩随参数变化的规律.计算结果表明:弹性外环能有效地改善气膜压力场的分布.具有良好稳态性能的结构参数选取范围应结合实际工况确定.在给定的工况条件下,长径比取1.5,密封间隙取0.05mm,柔性系数在2左右为佳.      

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.      

橡胶隔振器黏弹性5参数分数导数并联动力学模型

以辅助动力装置(APU)橡胶隔振器为研究对象,建立了橡胶隔振器非线性分数导数动力学模型.提出了橡胶隔振器5参数分数导数频率相关性和振幅相关性并联模型.该模型能够使用较少的参数描述APU橡胶隔振器在宽广频率范围内的黏弹性特性.还分析研究了各参数对APU橡胶隔振器储存模量和损失模量的影响,利用数值求解的方法给出定量结果.研究结果表明并联模型能更好地描述APU橡胶隔振器宽广频率范围内的动态特性.为橡胶隔振器设计应用提供了理论基础.      

层状球面弹性轴承刚度设计、仿真与试验

从理论上推导了层状球面弹性轴承各橡胶层的压缩刚度和扭转刚度计算公式,通过具体算例,将层状球面弹性轴承各橡胶层压缩刚度和扭转刚度的理论计算结果与仿真结果进行了对比分析.结果表明:各橡胶层压缩刚度的理论计算结果与仿真结果基本吻合,最大误差为3.98%.各橡胶层扭转刚度的仿真结果与理论计算结果存在一定偏差,从小接头开始的前半部分橡胶层扭转刚度的仿真结果大于理论计算结果,最大误差为33.3%;后半部分橡胶层扭转刚度仿真结果小于理论计算结果,最大误差为32.8%.压缩刚度对压力变化表现的非线性特性不明显,扭转刚度则随扭转角的增大,其非线性特性变得越显著.但通过理论方法、有限元仿真方法得到的层状球面弹性轴承等效压缩刚度和等效扭转刚度与试验结果吻合良好.      

N2O4在氟醚橡胶中扩散和吸附行为的分子动力学模拟

利用全原子分子动力学与巨正则蒙特卡洛模拟方法,研究不同四氧化二氮(N_2O_4)含量、温度和压力对N_2O_4在氟醚橡胶中扩散和吸附行为的影响。结果表明,随着N_2O_4含量增加,体系自由体积越大,因而增加了N_2O_4的扩散速率。当体系压力增大时,体系自由体积逐渐变小,N_2O_4扩散速率减小。此外,温度的上升既提高了自由体积又增大了原子的运动速度,因此提高了N_2O_4的扩散速率,并表现出阿伦尼乌斯关系。进一步地,N_2O_4在氟醚橡胶中的溶解度系数随着温度的上升迅速下降。所以,N_2O_4在氟醚橡胶中的渗透系数随着温度的上升先微弱上升然后迅速下降。     

金属橡胶力学性能研究进展与展望

围绕金属橡胶力学性能,归纳和总结半个世纪的相关研究成果,对国内外技术研究现状和进展进行了详细阐述。重点对金属橡胶制备工艺、宏观力学特性及形成机理、力学模型、力学性能及影响参数、改进型金属橡胶及工程应用等方面的研究成果进行了系统而深入的讨论。研究表明:金属橡胶制备水平尚处于由实验室规模向工业化生产规模过渡阶段;金属橡胶在研究工作中需要关注的关键问题在于制定工艺流程、性能检测方法等统一的国家标准并建立金属橡胶力学性能数据库。      

磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承转子系统的动态性能

将磁悬浮轴承支承在金属橡胶环上,构成磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承高速旋转实验系统.通过理论分析、试验模态分析以及系统高速旋转实验研究了金属橡胶环对系统动态性能的影响.研究结果表明,增加合适支承刚度及支承阻尼的金属橡胶环可以明显降低转子在第一阶弯曲模态频率处的振动,减轻磁悬浮轴承为抑制转子弯曲振动所付出的代价,有利于系统平稳越过第一阶弯曲临界转速.