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。     

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。      

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

为了研究在瞬态冲击（突加不平衡）下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应,降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%,同时抑制了转子经过临界转速的基频振动（幅值最大降低了62.18%）;ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼,其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下,1阶临界转速降低2.39%。     

航空发动机高压转子的结构动力学设计方法

建立了航空发动机高压转子的动力学模型,该模型包含所有的结构动力学设计参数,揭示了设计参数与转子振动特性间的关系,提出了转子临界转速界值的估计方法,并予以理论证明.建立了分别基于两阶临界响应的支承刚度设计准则.发现了转子参数临界转速现象,在参数临界转速处,阻尼器将失去阻尼作用,振动趋于无穷大;给出了参数临界转速出现的条件,上述的结论对于航空发动机高压转子的设计具有重要的指导意义.     

基于支链受力分析的Stewart平台球铰间隙误差补偿方法

为减小球铰间隙误差对并联机构动平台运动精度的影响,以Stewart并联机构为例,借助静力学分析对球铰间隙误差进行了标定和补偿.首先,采用序列法对机床结构误差及球铰间隙误差进行了标定.其次,采用螺旋理论分析了该机构运动支链的受力状态,进而得到支链在分别受拉力和压力时球铰的作用状态,从而推导出了球铰间隙误差的补偿算法,并通过试验方法对该算法进行了验证.结果表明,基于静力学分析对球铰间隙误差进行相应补偿,可以明显提高并联机构动平台的运动精度.本文提出的针对球铰间隙误差的有效补偿算法为并联机构运动误差的实时补偿提供了参考.     

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。      

航空发动机叶片丢失问题研究综述

对近年来航空发动机叶片丢失问题的研究进展进行了综述.简述了叶片丢失过程相关的力学问题,重点探讨了叶片丢失激励下转子和整机结构系统的瞬态动力特性以及持续生存能力方面的力学机理、数值仿真和试验研究成果,包括叶片丢失过程中的载荷及力学行为、整机动力学建模和求解技术、整机和机理性的试验研究等.研究表明:对于恶劣载荷环境下复杂结构系统,需要以整机系统为研究对象并考虑载荷时效特征,通过结构和动力学安全性设计策略提升结构完整性和可靠性.      

面向飞机大部件调姿的PPPS机构球铰点中心位置闭环标定方法

PPPS机构球铰点中心位置对飞机大部件调姿精度有重要影响,为了解决当前常用的球铰点中心位置获取方式在精度或效率上的不足,提出一种PPPS调姿机构球铰点中心位置的闭环标定方法。首先,分析了球铰点中心位置误差与运动学逆解时定位器位移求解偏差的关系及大部件位姿变换参数对其的影响;然后,提出了基于关键特性结合奇异值分解几何意义的飞机大部件位姿参数快速求解方法,使位姿参数求解过程更加直观简捷,同时相较于常用的奇异值分解方法在精度上没有损失;利用一次调姿过程前后大部件位姿参数的变化和定位器的位移反馈,结合运动学逆解对球铰点中心的位置进行闭环标定,最后,以某型号飞机垂尾测试件为例验证了所提出方法的正确性和实用性。     

航空发动机高压转子“可容模态”设计及实验验证

为降低航空发动机高压转子的振动，提高高压转子对复杂工况的可容度，本文建立带双阻尼器的高压转子动力学模型，开展模态分析和响应分析，研究高压转子关键结构参数对“可容模态”的影响规律。构造了可容度评价函数η，建立了“可容模态”设计方法。设计了高压转子模拟实验器，通过模态校核实验验证了计算模型和计算方法的准确性，通过“可容模态”实验验证了设计方法的可行性。研究发现，利用当量临界转速ωˉ估计转子系统前两阶临界转速的方法可行，高压转子实验器的临界转速满足ωcr1≤ωˉ，ωˉ≤ωcr2≤2ωˉ；高压转子实验器在两阶“可容模态”下连续“共振”时长达到7125s，实验器转子关键部位的振动位移峰值不超过79.42μm，振动速度有效值不超过2.33mm/s，最大波动不超过10.59%。结果表明，所建立的发动机高压转子“可容模态”设计方法是行之有效的。     

航空发动机设计体系的建设与发展

本文对航空发动机设计体系的定义、基本内涵、作用和发展特点进行了探讨,分析了航空发动机设计体系的基本要求,提出了设计体系建设、发展的方法及途径,对设计体系的整体规划、关键技术分解、设计体系集成、发展等问题进行了初步探讨。     

航空发动机低压转子系统的“可容模态”设计及实验验证

建立了带弹性支承和阻尼器的航空发动机低压柔性转子动力学模型,进行了模态计算以及临界转速处的响应计算。在考虑临界转速约束与“临界跟随”现象约束的条件下,综合模态不平衡影响因子、弹支应变能占比以及套齿连接结构稳定性构造了可容度评价函数,建立了低压转子系统的“可容模态”优化设计方法。设计并搭建了低压转子实验系统,从模态测试实验、阻尼器减振实验以及长时间“共振”实验,验证了设计方法的可靠性。研究结果为计算的临界转速与实际测量的临界转速最大误差为3.86%,阻尼器在1阶与2阶临界转速处的减振比最大可达45.6%,实验转子系统在1阶与2阶临界转速处各完成了长达412.5 s和429.8 s的“共振”实验,共振过程中转子系统各通道振动单峰值稳定在100μm以内,且无次谐波产生。表明了所建立的航空发动机低压转子系统“可容模态”优化设计方法是可行的。     

航空发动机在台架状态与飞行状态下的振动特性设计差异分析

通过对某型发动机在试飞中的振动测试数据,分析了在飞行状态和台架状态下,发动机临界转速的差异及其影响因素;对飞/发一体化设计中发动机振动特性的设计方法进行了探讨.     

环形动力吸振器进行转子振动控制的实验

对环形动力吸振器在转子振动控制中的应用进行了实验研究,基于单圆盘转子模型和振动特征,设计了一种安置于轴承上的对分式环形动力吸振器.吸振器可以安装在两轴承间任意位置,不改变原有支撑结构,不影响转子动力特性.建立了转子吸振器减振实验台,对转子经过临界转速时的振动进行了实验,结果表明吸振器能有效降低转子经过临界转速时70%以上的振动.增加吸振器质量,可以精确调节吸振器固有频率,并拓宽减振频带.实验研究了吸振器安装位置与减振效果的关系,结果表明在转子振幅较大区域,减振效果较好.对比了不同数量吸振器在转子不平衡振动下的减振效果,结果表明安装2个吸振器的减振效果要好于单独1个作用时.      

采用陶瓷球的密珠摆线减速器设计与实验研究

为了提高摆线球齿传动的精度和传动刚度 ,研制了一种新型的摆线球齿传动。该传动采用了密珠齿轮 ,为获得更好的工作性能 ,其中的滚珠采用了陶瓷球。此外还研制了简单综合方法用于确定滚道型面并计算了摆线滚道与球齿的接触应力。采用了计算机辅助程序优化设计该传动。研究包含以下内容 :(1)滚道几何形状的研究 ;(2 )完成了对滚道曲率的分析 ,进一步提出了对滚道的修形 ;(3)对接触应力的评估 ;(4)研究了陶瓷滚珠在密珠摆线减速器中的工作性能。采用上述理论研制的减速器样机进行试验研究 ,结果表明这种减速器具有很高的传动精度和刚度。新研制的采用陶瓷球的密珠摆线减速器的实验结果表明 ,传动功率提高了 5 0 %以上。     

基于四杆机构单元的柔性铰链设计与尺寸优化

针对柔性铰链存在的转动角度小和径向漂移大等问题,进行了大转角和高精度柔性铰链设计。利用四杆机构中曲柄摇杆机构的转角放大特性,以固化的四杆机构为变形模块,通过摇杆的小变形实现铰链的大转角运动。柔性铰链中固化的四杆机构为超静定结构,基于超静定结构理论进行了柔性单元的受力分析,并建立了柔性铰链的刚度模型,实现柔性铰链的分析和设计。根据设计方案选取设计变量,基于理论推导得到刚度建立目标函数,根据性能和几何边界建立约束条件,利用遗传算法对柔性铰链尺寸进行优化,并通过ANSYS进行了特定尺寸下柔性铰链变形和应力分析,验证了优化结果的正确性。     

轴段可调节式双转子结构动力特性模拟试验台设计与优化

为了解航空发动机双转子的动力学特性,搭建了轴段可调节式双转子结构动力特性模拟试验台,其主要包括高速电机、低压转子、高压转子、模拟盘、支架、齿轮箱、基座等。采用有限元法和变换哈默斯利算法相结合的联合仿真方法,对试验台进行了临界转速的计算及优化;计算了双转子系统的稳态不平衡响应,分析了临界转速变化对转子系统振动特性的影响。结果表明：优化后试验台前4阶临界转速与原型机实测临界转速的误差在5%以内,试验台能较好的模拟原型机动力学特性;优化后各轴承处最大响应幅值中的最大值明显减小,试验台具有良好的振动特性。     

固体火箭发动机的低频不稳定性的理论与实验研究

一、引言 固体火箭发动机的低频、非声不稳定燃烧现象是早在40年代末就被发现了。它一般是在较低的压力下发生,以“喘气”或压力随时间呈正弦曲线型的低频振荡型式出现。低频频率一般小于100Hz。“喘气”频率一般0.3—0.05Hz甚至更低。这两种现象虽然不会使发动机破裂,但都使发动机工作失效。低频振荡对于导弹或飞行器的制导和控制系统都     

机械设计基础课虚拟实验的设计与开发

阐述了机械设计基础课程虚拟实验的主要功能和特点.提出了建立基于网络的虚拟实验体系内容.采用Solidworks、3Dmax、Flash开发的机构运动简图演示、机构运动测绘和减速器拆装等虚拟实验,大大提高了实验效率,解决了设备、教具不足的矛盾.打破了教师传统的示范演示,实现了教生互动,激发了学生学习的主动性,促进了教学效率和质量的提高.