基于改进雅克比–旋量模型的航空发动机转子–叶片结构装配精度分析

转子–叶片是航空发动机的核心部件,具有装配结构复杂、装配难度大等特点,在高温高压条件下,转子–叶片装配误差被催化放大,容易导致疲劳裂纹等故障,严重影响整机安全性和可靠性。针对转子–叶片结构,传统的装配偏差分析方法常采用多特征并联结构中的一条支链作为单一主链来建立偏差传递模型,难以综合考虑转子–叶片复杂定位结构和局部并联关系。本文提出了基于改进的雅可比–旋量（Jacobian–Torsor,J–T）模型的转子–叶片装配偏差分析方法。首先分析了转子–叶片多级回转结构、止口定位结构和榫头榫槽结构,建立了考虑转子–叶片多特征局部并联关系的整机装配尺寸链;然后采用不完全定位策略将转子–叶片装配结合面表达为基于点接触形式的偏差旋量,建立了基于定位点系统的转子–叶片联合定位基准方案;最后提出转子–叶片装配精度指标及基于改进的雅克比–旋量模型的求解方法。以某航空发动机转子–叶片的径向、轴向和周向装配偏差分析为例,将传统雅克比–旋量模型、基于蒙特卡洛法的仿真模型、改进雅克比–旋量模型及实测结果进行了对比分析。结果表明,本文方法相较其他方法预测精度更高,与实测结果误差率不超过9%,提出了榫头榫槽更合理的装...     

结构特征参数对发动机支点同心度的影响研究

航空发动机静子支点作为转子的支撑部位,由于制造工艺、装配误差和长时间工作的影响,较易出现支点不同心的现象。基于形状和位置公差理论,建立了一种发动机支点同心度的计算模型,并对某发动机的支点同心度分布进行了仿真计算。通过分析影响支点同心度的关键结构参数和测量支点同心度试验,提出了同心度的控制方法。结果表明:采用本文所述理论计算和控制方法,可准确地判断出发动机支点同心度是否符合标准,以便有针对性地选择调整措施,进而提高了发动机的装配质量,有效避免转、静子不同轴引起的碰摩问题,减小了发动机整机振动出现的几率。     

基于几何代数理论的转子堆叠装配多目标优化

在航空发动机多级转子装配过程中,优化的转子堆叠装配方案对提高转子装配质量及安全运行有着重要的意义。为了提高转子安装相位优化效率和装配质量,基于几何代数理论并结合多目标优化方法提出了一种高效求解最优堆叠装配方案的方法。首先,对几何代数和齐次矩阵的计算效率进行对比验证,并基于几何代数理论改进多级转子堆叠装配误差传递模型;其次,针对航空发动机转子安装相位角度的装配要求,建立转子同心度和初始不平衡量的多目标优化模型;最后,采用非支配排序遗传算法求解该堆叠装配多目标优化问题,获得符合工艺要求的最优装配方案。算例结果表明,优化后的转子装配方案比随机装配方案同心度降低65.10%,初始不平衡量降低97.88%。     

基于转子跳动和初始不平衡量优化的 多级盘转子结构装配工艺

为了综合优化转子系统跳动和初始不平衡量,通过分析多级盘转子结构同心度、垂直度与不平衡量参数的叠加机理及装配参数对不平衡量的影响关系,建立适当的优化目标函数,利用VBA计算程序进行优化分析;结合实践应用经验对跳动误差进行分析与修正,在各级盘装配相位关系的可行域内选择最优方案。结果表明:与传统堆叠优化方案相比,对某压气机盘鼓组件进行双目标优化能够使初始静不平衡量最大降低86%,有效提升转子装配质量,提高装配效率。该装配工艺优化方法对于航空发动机装配优化、分解检查及连接面质量评估等方面具有较强的工程指导意义。     

螺栓连接对发动机机匣装配同心度及动力特性的影响

航空发动机机匣为薄壁圆筒结构,螺栓连接紧度及分布对其装配同心度及动力特性影响较大。本文建立了发动机压气机机匣的三维有限元模型,通过ANSYS模拟螺栓预紧力,分析螺栓紧度分布及加载顺序对机匣装配同心度的影响规律。同时,利用有限元技术分析螺栓蠕变松弛对机匣同心度的影响,得到螺栓应力随时间变化规律。研究结果对航空发动机机匣装配质量提高及机匣静子系统动力特性计算具有一定的参考价值。     

涡扇发动机部件特性的滤波自动修正更新方法

针对航空发动机部件制造装配以及性能蜕化引起的平均模型与个体发动机之间的性能不匹配问题,提出一种基于非线性滤波算法的发动机部件特性自动修正方法。根据发动机部件级平均模型输出与个体量测数据的残差,利用数据处理策略结合无迹卡尔曼滤波算法的不可测部件特性变化估计,自动更新发动机部件特性,建立发动机个体物理模型。通过小涵道比涡扇发动机仿真验证,结果表明该方法可自动修正发动机部件特性,相比较平均模型,通过该方法修正的发动机个体模型中各截面温度、压力计算偏差均在0.5%以内,有效提高涡扇发动机个体物理模型稳态、动态精度。     

航空发动机转子装配优化技术

转子装配优化技术是通过优化转子各部件之间的安装角度,达到控制转子不同心度和初始不平衡量的目的。详细阐述了基于转子部件跳动测量,计算转子旋转轴线与部件惯性轴之间的偏差,进而计算转子不同心度和不平衡量的估算方法;提出了针对转子不同心度和不平衡量双目标优化原则,并采用蒙特卡洛仿真法对随机装配过程、单目标装配优化过程和双目标装配优化过程进行仿真,通过验证表明,转子装配优化技术达到了改善转子装配质量的目的。     

航空发动机转子静、偶不平衡量控制方法研究

针对航空发动机转子静、偶不平衡量控制方法开展研究,基于坐标变换原理,以转子不同心度满足设计要求为约束条件,以转子静、偶不平衡量线性加权和最小为优化目标,提出了一种转子不同心度与不平衡量的计算方法,应用该方法对某型发动机的风扇转子进行了分析,表明该工艺方法能够明显改善转子不平衡量,达到控制转子静、偶不平衡量的目的。     

柱式回转装配体的展开技术研究

对柱式回转装配体的组件进行了分类,分析了各类组件的结构特点,确定了各类组件在回转装配体的展开过程中的需求,针对不同类型组件分别提出了不同的展开算法,并在此基础上对柱式回转装配体提出了一个系统的展开方法。该方法能够快速方便地将柱式回转装配体组件正确定位在展开后的位置,最后通过实例验证了该方法的有效性。     

高压转子维修单元体跳动评价方法

为了提升航空发动机高压转子维修单元体的装配质量，针对当前高压转子维修单元体跳动评价方法中普遍存在的沿程 测量误差问题，通过分析维修单元体转子偏心量与组合转子偏心量之间的影响关系，同时避免复杂的空间坐标变换计算，建立了 高压组合转子结合面偏心量快速预估模型，提出以支承轴颈处偏心量来评价高压转子维修单元体跳动的方法。采用该方法可快 速预估组合转子中间结合面偏心量范围，也可对批量压气机转子和涡轮转子实施最优配对。结果表明：在满足高压组合转子跳动 设计要求的前提下，改进后的跳动评价方法使高压转子维修单元体不合格率从最高约67%降低到约8%，有效提升了转子装配质 量，提高了装配效率。该跳动评价方法对于航空发动机转子装配、组合转子配对以及连接质量评估等工作的开展具有较强的工程 指导意义。     

非对称转子系统主动平衡型抑振控制

基于柔性转子动平衡的思想，对非对称支承—柔性转子系统设计了一种最优极点配置型主动平衡控制器，以主动控制一般转子系统的不平衡响应。对航空发动机模型转子单点轴承座施力控制结果表明，该方法实现方便，抑振效果显著。     

Intrinsic physical relationships between rotor modal shapes and instantaneous vibrational energy flow transmission characteristics: Theoretical and numerical analysis and application

The modal vibration of the rotor is the main cause of excessive vibration of the aero-engine overall structure. To attenuate the vibration of the rotor under different modal shapes from the perspective of energy control, the intrinsic physical relationships between rotor modal shapes and instantaneous vibrational energy flow transmission characteristics is derived from the general equation of motion base on the structural intensity method. A dual-rotor-support-casing coupling model subjected to the rotor unbalanced forces is established by the finite element method in this paper. The transmission, conversion and balance relationships of the vibrational energy flow for the rotors in the first-order bending modal shape, the conical whirling modal shape and the translational modal shape are analyzed, respectively. The results show that the vibrational energy flow transmitted to the structure can be converted into the strain energy, the kinetic energy and the energy dissipated by the damping of the structure. The vibrational energy flow transmission characteristics of rotors with different modal shapes are quite different. Especially for the first-order bending modal shape, the vibrational energy flow and the strain energy are transmitted and converted to each other in the middle part of the rotor shaft, resulting in large deformation at this part. To attenuate this harmful vibration, the influences of grooving on the shaft on the first-order bending vibration are studied from the perspective of transmission control of vibrational energy flow. This study can provide theoretical references and guidance for the vibration attenuation of the rotors in different modal shapes from a more essential perspective.     

突加不平衡激励碰摩转子反向涡动分析

建立了考虑叶片-机匣碰摩、挤压油膜阻尼的模型,推导了转子发生失稳的判别条件。从复非线性模态角度分析了突加不平衡激励下转子的动力特性,揭示转子反向涡动响应的形成过程及存在条件。通过参数分析获得转子发生反向涡动的敏感参数及其影响规律,并根据突加不平衡激励下转子反向涡动的响应特征分析某航空发动机叶片飞失故障。计算结果表明：转子能够发生反向涡动需要满足两个条件,其一,转子本身存在反进动模态失稳区;其二,冲击载荷使叶盘幅值达到反进动模态阻尼失稳点并进入反进动模态失稳区。实际航空发动机转子中具有因突加不平衡而发生反向涡动的风险,会造成支承结构破坏,严重威胁航空发动机的安全。增加转子阻尼、降低叶尖-机匣摩擦因数、降低静子叶片刚度、采用挤压油膜阻尼结构均有利于降低该风险。     

考虑支承约束的航空发动机复杂转子振动特性

针对航空发动机转子复杂的结构特征及支承动力学设计问题,基于有限元(FE)、分段线性拟合和自由度(DOF)降维法,采用主子单元对复杂转子进行合理地等效,构建了航空发动机等复杂转子-支承系统的动力学模型,并对模型的有效性进行了试验验证。从转子固有特性、应变能分布、支承传递力和振动响应等方面对支承刚度进行了设计,并开展了弹性支承并联挤压油膜阻尼器(SFD)非线性减振效率分析。结果表明：动力学模型能较好地反映复杂转子的动力学特性,支承刚度合适取值范围为1.5×10⁴～2.8×10⁴ N/mm,弹性支承并联SFD设计减振和降支承力效果显著,满足临界转速设计准则、应变能约束条件和变形要求,该研究为航空发动机支承刚度和SFD并联设计提供了定量的参考依据,具有重要的工程应用价值。     

航空发动机高低压转子间碰摩故障特征提取

针对变分模态分解(VMD)需要人为确定输入参数的问题,提出了一种参数自适应VMD(APVMD)方法,其通过粒子群(PSO)算法优化VMD的输入参数.使用APVMD结合切片谱的方法,对双转子航空发动机振动正常和异常状态下的实测弹性支承应变信号进行分析.分析结果表明,APVMD方法可以自适应地实现对实测弹性支承应变信号的分...     

基于非线性阻尼的航空发动机高压转子拉杆结构装配检测方法

 为了提高航空发动机高压转子拉杆结构的装配质量,提出了基于非线性阻尼的装配检测方法。该方法运用组合阻尼模型描述拉杆结构的非线性接触特性,并通过能量方程推导出基于Hilbert-Huang变换(HHT)方法的非线性阻尼的识别公式。在拉杆结构正常装配、单个螺栓松动和2个不相邻螺栓松动的3种情况下,采用非线性阻尼识别法进行实验,将3种情况得到的实验结果进行对比,发现基于组合阻尼模型得到的非线性阻尼与装配情况具有强烈的相关性,从而验证了基于非线性阻尼的装配检测方法的有效性。