高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

用子系统阻抗分析法确定弹性支承轴系的临界转速

本文提出了预示弹性支承轴系临界转速的子系统阻抗分析法。将弹性支承轴系分为转子子系统与支承子系统,假定在交联点处的位移阻抗值,则可由频率方程式确定转子子系统的临界转速。支承子系统的位移阻抗特性可由试验求得,或者,当能够很好地建立支承子系统的数学模型时,也可由计算确定之。按照各子系统在交联点处的阻抗一致的条件,可以用图解法求得整个弹性支承轴系的临界转速。文中列举了具有一个与两个弹性支承的单盘轴系的若干例子。计算与试验结果表明,子系统阻抗分析法,是转子动力学分析与试验研究的一种准确可靠的、经济的方法。     

氢涡轮泵转子非线性振动

弹性支承设计应该满足临界转速与工作转速间离和转子定心两方面要求。试验和分析结果表明，眼位器的非线性效应使临界转速增大，可能使临界转速与工作转速靠近，此外还可能诱发转子次谐波振动，因此限位器不适于氢涡轮泵转子定心设计。     

用子系统阻抗分析法确定转子-弹性阻尼支承系统的临界转速

近二十年来,航空燃气涡轮发动机转子系统的弹性支承设计已逐步取代了早期的刚性支承设计。采用弹性阻尼支承结构的目的是调频与减振。为此,支承与转子的动态特性参数必须有良好的匹配,这就需要进行大量的计算与试验。机械阻抗分析法是预示转子—弹性阻尼支承系统的临界转速及其减振特性的简便有效的手段。 本文在国外关于转子支承系统临界转速的阻抗分析法的基础上,提出转子在与支座交联点上假设阻抗的子系统阻抗分析法,有效地解决双弹性阻尼支承的转子系统临界转速的预示。 给出一系列交联点上的假设阻抗值,由转子子系统的频率方程求得转子子系统相应的共振频率特性。弹性阻尼支座的位移阻抗特性可由计算或试验确定。在平面直角座标系中,转子子系统与支座子系统的特性曲线交点,便是整个系统的共振频率。文中还提出了由曲线图确定共振频率的简易方法。     

旋转冲压发动机冲压转子振动模态分析

简要介绍旋转冲压发动机冲压转子设计的工作原理及安装结构,以ANSYS有限元分析软件为平台,建立发动机冲压转子的有限元模型,并对转子结构进行模态分析,获得转子的前十阶模态固有频率、振型.对刚性支承和弹性支承情况下转子模态进行了对比分析,分析结果表明,拟定的工作转速均有效地避开了一阶临界转速.同时,分析结果为下一步进行详细的旋转冲压发动机分析打下基础.     

一种弹性支撑柔性转子模态动平衡方法

针对目前模态平衡法难以高效平衡支承在弹性支承上的柔性转子,提出一种考虑弹性支承影响的柔性转子模态动平衡方法,建立转子的有限元模型,搭建转子试验平台,计算并实测临界转速与振型,进而借助动平衡测试系统进行模态动平衡。结果表明：临界转速计算与实测的相对误差仅为0.36%,一阶计算振型与实测振型的模态置信度为0.990 6。考虑弹性支撑的柔性转子模态动平衡方法合理,算法正确,在保证全正交平衡的前提下能够减少试重的个数。左弹支与右刚支的计算支承刚度组合符合转子结构的实际情况,减振百分比CH1~CH3高达80%以上,CH4可达38%,总体减振效果明显,具有一定的工程应用前景,可为航空发动机柔性转子动平衡试验提供技术参考。     

小型低温风洞压缩机转子结构设计

低温风洞的轴流压缩机是整个风洞的动力装置,具有温度范围宽广、运转速度较高等特点。本文围绕低温压缩机的转子结构设计,论述了压缩机主轴-轮毂连接、轮毂-叶片连接、轴承的选取、轴承的润滑、密封结构形式以及轴系热防护方案等关键技术,针对弹性支承下的转子动力学校核以及转子热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,转子第一阶临界转速远高于最大转速,降温结束时推力轴承座圆锥面内侧的最大应力值约170MPa,安全系数大于1.5。压缩机组和小型低温风洞进行了联合调试,当总温降至110K时,轴承温度大于5℃,轴承振动在全转速范围内小于3mm/s。各项性能指标均满足使用要求,调试结果验证了该压缩机转子系统设计的可靠性。     

液氢泵次同步进动问题的解决方法

液氢泵一般在超临界状态下工作,次同步进动是液氢泵转子动力学系统设计的关键问题之一。本文讨论一种解决内阻尼诱导的次同步进动的方法。我们通过对于典型液氢泵的分析、讨论了弹性支承的位置和刚度对转子动力学系统模态特性参数和次同步起始转速的影响;讨论了弹性支承提高次同步起始转速的机理和从次同步进动角度设计弹性支承的基本方法。典型液氢泵的理论分析和试验结果基本一致。     

弹性支承与转子之间参数匹配分析

转子与弹性支承的动力特性参数,直接影响到轴系的动力特性以及整台发动机工作的可靠性。因此,在发动机轴系初步设计时,预先估计弹性支承应具有的动力特性参数是很有意义的。本文在分析轴系固有频率随支点刚度变化特性的基础上,结合一般弹性支承的阻抗特性,提出了预估弹性支承动力特性参数的简便方法,对几种基本的转子模型作了一般定性与定量分析,并作了实验验证,可供发动机轴系设计时参考。     

高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法研究

基于相似理论提出了一种高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法。以某型涡轴发动机燃气发生器转子—支承系统总体结构为研究对象,考虑结构的动力学特性相似,建立了几何尺寸参数、支承刚度的缩尺比例,使缩尺后的转子—支承系统与全尺寸的原型相比,具有临界转速成比例、转子振型保持一致的动力学特性;随后,基于该缩尺模型,指导了供实验室使用的航空发动机整机试验器转子—支承系统的结构设计;最后,建立了整机试验器转子—支承系统的"超模型"并进行仿真计算,结果验证了该相似设计方法的合理性和有效性。     

Effects of Tightening Torque on Dynamic Characteristics of Low Pressure Rotors Connected by a Spline Coupling

A rotor dynamic model is built up for investigating the effects of tightening torque on dynamic characteristics of low pressure rotors connected by a spline coupling.The experimental rotor system is established using a fluted disk and a speed sensor which is applied in an actual aero engine for speed measurement.Through simulating calculation and experiments,the effects of tightening torque on the dynamic characteristics of the rotor system connected by a spline coupling including critical speeds,vibration modes and unbalance responses are analyzed.The results show that when increasing the tightening torque,the first two critical speeds and the amplitudes of unbalance response gradually increase in varying degrees while the vibration modes are essentially unchanged.In addition,changing axial and circumferential positions of the mass unbalance can lead to various amplitudes of unbalance response and even the rates of change.     

转速比对双转子系统非线性动力学特性影响

以航空发动机双转子系统为研究对象,考虑挤压油膜阻尼器以及中介轴承的非线性力,通过有限元法和固定界面模态综合法建立了双转子系统的耦合动力学模型。利用仿真计算分析了转速比对转子系统非线性响应特性的影响。研究表明:响应中能观察到较明显的交叉激振现象;响应中除了内外转子的不平衡激励频率之外,还出现了两者的组合频率,但不同转速比情况下的组合频率不同;同向旋转情况下的临界转速均不小于反向旋转;转速比对转子系统的轴心轨迹和运动的周期性有较大影响。最后,通过试验验证了本文建模和仿真结果的正确性。     

上游转子对下游静子叶片气动力的影响

为研究轴流压气机下游静子叶片非定常气动力的大小和频率的变化规律，采用在静子叶片表面埋设微型动态压力传感器的方法，在低速单级轴流压气机实验器上进行了静子叶片表面压力的测量。测量了不同轴向间距、不同转速下从近堵塞到近失速的宽广流量范围，并对所测得的静子叶片非定常气动力进行了离散傅立叶变换，以分析其频谱特性。实验结果表明：在转子尾迹的影响下，静子叶片表面的波动频率是转子的尾迹频率及其倍频。转子尾迹频率的高频分量对静子叶片吸力面前缘的影响比对其他位置的影响大。叶片表面的非定常压力和气动力随压气机流量、转速和轴向间距的变化而变化。     

优化转速旋翼性能分析与应用

旋翼转速的变化会对直升机性能产生重要影响,通过建立优化转速旋翼性能分析综合模型,包含PetersHe广义动态入流模型和全机配平模型,以国产现役某轻型直升机为例,分析前飞速度、起飞质量、飞行高度等对变转速旋翼转速优化路径的影响,分析变转速旋翼技术对提高直升机航时等性能的可能性。分析结果表明:通过合理降低旋翼转速,可以使最大起飞质量下的需用功率降低30%;起飞质量越轻、飞行高度越低,旋翼优化转速越低,需用功率降低越明显;通过优化转速完全消耗400kg燃油,通过优化旋翼转速,可使最大续航时间提高20.5%,最大航程提高8.5%;桨叶内段布置厚翼型能提高桨叶刚度,增加大速度时需用功率,但对中低速度飞行时总体性能影响较小,不影响长航时的优点。     

变转速旋翼直升机的续航性能与变速策略

根据飞行状态合理调整旋翼转速有利于降低需用功率和油耗,能够给直升机飞行性能带来好处。本文通过航程和航时的建模与分析,评估变转速旋翼对续航性能的影响。在此基础上,进行无级变速和有级变速策略研究,提出一级、二级变速方法。研究结果表明,优化转速对续航性能的提升很明显,旋翼有限级变速(一级、二级)和额定转速相比,可以显著减小其型阻功率,综合考虑,一级变速较适合于工程应用。     

旋翼转速变化对直升机需用功率、配平、振动及噪声的影响分析

建立了适用于变转速旋翼直升机的综合分析模型,该模型可用于综合分析直升机稳态飞行时的旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声。并且使用UH-60A"黑鹰"直升机的飞行试验数据及相关研究结果验证综合分析方法的准确性。在此基础上,分析旋翼转速变化对旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声的影响,从而为转速优化设计提供依据。结果表明,改变旋翼转速会导致上述4个特性同时发生明显变化,而在本文算例中适当地降低旋翼转速可最多降低19.2%的旋翼需用功率与6.7%的旋翼气动噪声,但是却会造成旋翼操纵受限和旋翼桨毂振动增加的不良后果。     

直升机双线摆式吸振器的动特性研究

双线摆式吸振器是位于直升机旋翼旋转平面内用来吸收该平面内桨毂纵、横向激振力的动力吸振器，能随旋翼转速而调谐。本文以桨毂安装多个相同的双线摆构成双线摆式吸振器为研究对象，从阻抗角度导出了机身／旋翼／双线摆式吸振器耦合系统的时域与频域运动方程，可求得在旋翼旋转平面内桨毂中心与双线摆质量块对桨毂中心外激振力的响应，并在其基础上重点研究了旋翼旋转平面内桨毂中心纵、横向所受激振力及加速度阻抗、吸振器结构设计参数和调谐等对吸振器减振性能影响的规律。本文结论对这类吸振器的设计具有指导意义。     

微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析

为研究悬停状态下旋翼的间距对微型共轴双旋翼气动性能的影响,文中通过搭建试验平台对间距比h/r分别为0.32、0.38、0.45、0.51、0.58、0.65和0.75下的共轴双旋翼进行气动性能测试,以测量不同旋翼转速下所得共轴双旋翼的拉力和功耗对共轴双旋翼气动布局进行优化,试图找出具有最佳气动特性的共轴旋翼布局。另外,通过试验误差分析确定了相应的拉力系数、功率系数和功率载荷,且试验误差均小于2%。同时,为更直观得到不同间距下气流干扰对旋翼系统气动性能的影响,文中采用数值模拟得到了不同间距比下旋翼的流线分布和压力分布。最后,对比试验结果,综合分析旋翼间气动干扰的影响,最终得到间距比h/r为0.38时的共轴双旋翼具有最佳的气动布局。研究结果表明,悬停状态的共轴双旋翼可以通过改变间距大大提高气动性能,且同一间距下转速越大虽然旋翼间干扰越强烈,但此时开始出现耦合,使得系统的气动性能可能更好,同时,由于上下旋翼间的相互诱导,虽然转速较低时升力较小,但是功耗明显低于高转速,使得系统具有更大的功率载荷。     

共轴刚性旋翼桨毂阻力特性试验研究

为研究高速直升机共轴刚性旋翼桨毂的阻力特性,采用自研的桨毂模型试验台,在中国空气动力研究与发展中心FL-14风洞开展了风洞试验。试验模型为典型的共轴刚性旋翼桨毂模型,包括上、下桨毂整流罩模型和4种中间轴整流罩模型,分别为基准中间轴和基于翼型的优化外形。主要试验内容包括多种桨毂模型在不同转速、不同风速及不同模型姿态角下的阻力特性试验,以及桨根对桨毂阻力特性的影响试验等。风洞试验结果较好地反映了不同桨毂构型的阻力特性差异,获得了中间轴整流罩外形对桨毂阻力的影响规律;试验结果表明最优桨毂构型相对基准桨毂构型,可减阻37%。     

共轴刚性旋翼悬停流场的PIV风洞试验研究

使用粒子图像测速(Particle image velocity,PIV)技术对2 m直径共轴刚性旋翼悬停流场进行了风洞试验研究。在所搭建的共轴刚性旋翼试验台上,对1 100 r/min和1 860 r/min两种转速,8°和10°两种总距下的共轴刚性旋翼流场进行了测量,并测量了单独上旋翼相同状态下的流场。通过对试验数据进行处理,得到了不同状态下桨尖涡的脱落轨迹以及流场速度矢量图。同时通过对比分析,研究了共轴刚性旋翼之间的气动干扰现象,并指出了上旋翼桨尖涡尾迹通过下旋翼桨盘时的"二次收缩"效应。