叶片飞脱下转子动力学响应实验

为了研究大涵道比涡扇发动机叶片飞脱时动力学响应,更好地进行发动机安全性设计,根据相似理论设计了包含叶片飞脱装置的突加不平衡实验系统并进行了实验验证。研究结果表明:设计的突加不平衡实验系统,与某型验证机相似度高,代表性强,能够有效可控地进行突加不平衡实验,重复性好,机理清晰且飞脱不平衡量大,能够真实地模拟发动机叶片飞脱响应。通过实验发现,当大突加不平衡发生时,频谱出现超次谐波并且冲击系数由于挤压油膜阻尼器限幅作用并不呈现线性关系,因而在后续研究中还应注意限幅导致的碰摩问题。      

突加不平衡下发动机振动响应分析

为了研究发动机的突加不平衡故障,建立了航空发动机低压转子模型,完成了转子实验器的模态校核。在此基础上对突加不平衡下实验器的转子件响应进行了理论分析与实验对比。进一步建立了转子-支承-机匣分析模型,完成了响应的分析与实验结果对比。结果表明:建立的转子-支承-机匣模型考虑了发动机实际运转过程中的角加速度项和挤压油膜阻尼器瞬态项,分析结果与实验结果相符,突加不平衡位置处振动位移响应的分析结果与实测结果之间的相对误差为2.1%。在校核转子件响应后,将转子件载荷作为支承-机匣模型的载荷输入,考虑发动机结构特征,建立支承-机匣模型进行响应分析,分析结果与实验结果基本一致,对于靠近突加不平衡位置的振动速度响应,其分析结果与实测结果之间的相对误差不超过4.7%。分析结果能够体现突加不平衡后转子响应的冲击特征和转子-支承-机匣响应层层减弱的过程,所建立的计算方法具有较好的推广性。      

突加不平衡作用下转子系统的主动降载实验

为了实现突加不平衡作用下的转子安全性设计，分析了突加不平衡作用下的锥壁降载结构机理，设计了支承刚度可控的主动降载实验系统并进行了实验验证。结果表明:锥壁熔断降载的本质是减小转子支承刚度，从而降低临界转速并在减速停车时降低转子支承载荷与相应振幅。设计的主动降载机构利用可控支承，自适应地改变支承刚度，有效的模拟锥壁熔断降载作用，并能够低成本、重复性的实验验证熔断降载机理，为突加不平衡的安全性设计提供实验条件与数据支撑。      

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。     

航空发动机球铰熔断机构的关键尺寸设计与实验

针对球铰熔断结构分析了其工作机理，提取了关键尺寸，设计了模拟球铰熔断机构，并完成了实验验证。研究发现：球铰熔断装置的关键参数包括熔断销钉减薄面、销钉材料以及销钉位置。其主要作用应侧重于在大不平衡量下，通过内轴承座的内外环相对滑移减小2号轴承的偏角，保护2号轴承。球铰结构熔断后，会进一步弱化刚度，降低转子的临界转速，这会使得发动机减速至风车转速时通过的临界转速降低，进一步减小过临界时的不平衡载荷。     

突加不平衡下熔断机理研究

为了明晰航空发动机在突加不平衡下的锥壁熔断作用，分别针对突加不平衡转速大于或小于临界转速条件下建立了有 限元模型并进行分析，总结了锥壁熔断降载机理，完成了稳态分析和瞬态计算，通过理论分析、数值模拟与试验的方式验证了降载 机理的正确性。结果表明：锥壁熔断技术能够显著降低转子在突加不平衡作用下的不平衡响应和外传力。锥壁熔断的主要降载 机理是通过改变支点刚度从而改变临界转速与飞脱转速的相对位置进行减振，关键参数包括熔断后的支承刚度与响应时间。熔 断支承刚度越小，降载效果越好；熔断时间越短，降载效果越好。同时，应合理设计转子支承刚度，使得在发生锥壁熔断后，转子第 1、2阶临界转速能够远离风车转速，避免发生共振。