航空发动机平衡工艺技术的发展

论述了航空发动机转子平衡技术在国内外的发展状况,重点介绍了刚性转子和柔性转子平衡法及本机平衡法,并对该项技术在国内应如何发展,提出了建议。     

某型发动机风扇转子本机平衡试验研究

航空发动机转子结构特殊,在平衡机上无法达到工作转速,只能在低速下进行平衡,有时效果并不理想,在实际运行中仍会由于平衡问题导致振动异常。针对存在不平衡量偏大的某型航空发动机,利用三圆法并结合实际情况,对其结构进行改装,实现了风扇转子的本机平衡,有效降低了低压转子的振动水平,经试验验证表明改装合理,平衡方法有效。该方法对其他型号发动机的本机平衡有较大的借鉴意义。     

判断主不平衡转子的方法

本文提出了一种通过在机匣上测量振动信号以判断主不平衡转子是压气机转子或是涡轮转子的方法,可供航空发动机进行本机平衡时使用,可省时、省钱。     

大型发动机转子本机平衡技术试验研究

在没有高速动平衡机的情况下,对大型航空发动机风扇转子进行平衡,需要采用叶片质量矩优化排序来完成初始平衡,之后在试车台进行本机平衡的方法。分析了某大型发动机在试车中的本机平衡过程,认为在发动机没有发生碰摩等故障,且整机振动未危及安全的情况下,本机平衡转速应尽可能提高。以发动机叶片监测系统所测磁钢信号为基准,利用1次试加配重,通过振动相位和幅值的变化,来确定转子原始不平衡量的大小和方向。试验结果表明,利用该方法进行平衡后,发动机整机振动明显减小,符合发动机试车的要求。     

双转子系统临界转速的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立简易双转子系统的有限元模型,分别用QR阻尼法和同步响应法计算该双转子系统的临界转速以及主振型。用该软件自带的参数化设计语言（APDL）编制该双转子系统临界转速和不平衡响应的计算程序,分别求出内转子和外转子为主激励的临界转速及主振型。对比结果发现采用QR阻尼法和同步响应法计算双转子系统前三阶临界转速的误差均在1％以内,结果吻合很好。用这2种方法计算双转子系统的临界转速都能得到满足工程精度要求的结果。     

模拟平衡工艺方法在新一代航空发动机转子动平衡中的应用

本文打破了常规航空发动机转子动平衡界律,从模拟平衡的原理入手,重点论述了新一代航空发动机转子动平衡的新工艺方法――模拟平衡法。介绍了模拟平衡转子的设计、模拟平衡工艺方法的设计、模拟平衡设备的选择及模拟平衡工艺技术的应用与效果分析。     

基于不平衡加速响应信息的柔性转子双面平衡

模态平衡法和影响系数法是转子平衡中最常用的两类方法,它们都以转子的稳态响应为基础,因此称之为"稳态平衡方法"。针对当前转子稳态平衡方法中存在的不足,提出了利用不平衡加速响应信息进行柔性转子平衡的新方法。为了描述模态不平衡相对键相槽的角位置,首次引入了模态不平衡方位角的概念,并通过转子的不平衡加速响应信息对其进行了识别;在此基础上,结合转子的模态知识,添加合理的平衡试重组,利用各阶模态试重大小与对应阶模态不平衡响应幅度增量的线性关系,识别出校正质量组的大小,通过双面加重的方法实现了转子前两阶模态的平衡。仿真和实验结果表明,该瞬态平衡方法在有效降低转子不平衡振动的同时,减少了平衡过程中的起车次数。     

航空发动机整机振动问题研究方法及工程应用

针对航空发动机整机振动特征溯源困难的现状,以某型发动机典型振动突变特征溯源研究为例,提出了一种基于整机及部件动力学试验手段的振动特征溯源研究方法。该方法首先通过整机及部件动力学试验测试手段揭示发动机动力学特性和典型现象深层特征,然后通过综合剖析方法溯源振动特征的动力学原因及结构原因。通过发动机全静子机匣支承动刚度和整机模态特性试验研究,获取了静子支承动刚度特性与整机模态特性。通过发动机转子全转速下动特性与转子模态试验研究,揭示了转子在离心载荷作用下的不平衡激励和弹性线变化规律,以及转子连接界面在不同力学参数下的模态特性。通过整机工作条件下的转子轴承座全息测振和基于发动机叶尖间隙的转子全息测振试验研究,揭示了发动机典型振动特征的瞬变特征、支点工作振型、转子涡动及初相点等特征的变化规律。经综合研判,得到了该发动机振动突变特征的原因是转子连接界面变化所引发的转子不平衡激励状态突变的结论。基于该机理开展了转子本机平衡技术研究,有效地抑制了多台发动机的振动突变特征,进一步表明该溯源方法的正确性。     

一种民用航空发动机转子动平衡方法

针对航空发动机在维修过程中转子平衡时遇到的问题,从目前平衡方法的不足入手,提出了发动机转子四点法平衡方案,以避免转子叶片安装松动造成的测量误差,准确计算工装误差,实现测量结果验证,提高不平衡量数据可信度。该方法可将转子剩余不平衡量控制在手册规定范围内的较低水平。     

转子系统不平衡故障的再现方法浅析

针对转子系统不平衡特征再现设计问题,提出1种基于动力学相似关系的模型再现方法。根据转子系统的振动微分方程,通过积分模拟法和量纲分析法建立转子系统中转轴、转盘、弹性支承和不平衡量的相似关系。根据相似关系,设计了原型不平衡转子系统的动力学相似模型,利用有限元方法仿真验证了所得相似关系的正确性。试验采用最小二乘三点法识别原型与模型不平衡转子试验台的不平衡量,给出再现原型不平衡特征的过程,验证了不平衡特征再现设计方法的有效性。总结了基于动力学相似关系的转子系统不平衡特征再现设计方法。     

直升机旋翼气动噪声的研究新进展

随着直升机的广泛使用,旋翼气动噪声问题逐渐得到重视。概述了旋翼厚度噪声、载荷噪声、高速脉冲(HSI)噪声、桨-涡干扰(BVI)噪声和宽带噪声的国内外研究现状,简述了旋翼气动噪声理论、试验、计算发展历程以及各阶段的研究成果,并对后缘襟翼、高阶谐波控制(HHC)、单片桨叶控制(IBC)、主动扭转桨叶等噪声控制方法和概念进行了介绍。重点叙述了旋翼气动噪声的研究新进展,包括大气、地面和飞行轨迹等对直升机旋翼噪声的影响,机身散射声场以及机动噪声计算方法等方面取得的成就。对直升机旋翼气动噪声的研究进行了总结,并对其发展前景提出了展望。     

风向对直升机旋翼与甲板流场结构影响

为了了解直升机旋翼流场与甲板流场的相互作用,采用数值模拟方法对船体与旋翼的复合流场进行求解.分析了不同风向时旋翼流场的流线形态、涡量分布与旋翼平衡性.详细阐述了复合流场中主要旋涡结构的产生及演变过程,并对旋涡结构进行分类.研究结果表明:旋翼流场与甲板流场间存在相互干扰,形成复杂的复合流场.0°风向时,旋翼的存在使得其后方甲板区域的涡流范围与气流下洗趋势增加明显;侧风会增大甲板区域涡流范围,加剧旋翼桨叶不平衡性;右舷15°风向时,旋翼升力能力与旋翼桨叶平衡性最差,该风向不利于直升机的甲板悬停.      

共轴式双旋翼直升机锥体测量技术研究

根据目前国内共轴式双旋翼直升机的维护需求,简要介绍了该类直升机旋翼锥体的测量方法.针对现有测量方法存在的缺点和不足,提出了一种采用新型的采用光学传感器测量该类直升机旋翼锥体的技术和方法,通过外场的实际应用,收到了良好效果,验证了其有效性.     

某型发动机转子热弯曲变形及其影响数值分析

采用有关文献提出的数值分析方法,对某型发动机转子的热弯曲变形及其影响进行了定量分析,得出了一些可供工程实际参考的有益结果。首次在发动机转子轴对称稳态温度场的基础上,借助热弯曲实验器实验结果,产生一个非轴对称温度场,用三维热弹性有限元法计算其热弯曲变形,采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应。上述方法在热弯曲试验器分析中均得到了验证。实践表明这是一种分析航空发动机热弯曲及其影响的简便可行的数值分析方法。      

高效多孔环挤压油膜阻尼器的减振特性研究

根据高速旋转机械振动控制发展的需要 ,研究并开发了一种新型阻尼器 ,即高效多孔环挤压油膜阻尼器 ( PSFD)。本文分析了这种阻尼器对刚性转子的稳态和突加不平衡瞬态振动的控振能力及抑制非协调进动的能力、研究了它对柔性转子的减振特性。结果表明这种阻尼器除具有现用挤压油膜阻尼器 ( SFD)的优点外 ,还具有远为优越的控振能力 ,可大大提高转子系统的不平衡量承载能力及工作的可靠性和稳定性。     

细长柔性转子高速动平衡方法

提出了一种通过平衡辅助工装——平衡卡箍来进行细长柔性转子高速动平衡的新工艺方法。按照设计准则设计加工了一组精密平衡卡箍并用有限元法进行了强度校核,卡箍的验证考核试验在两个模拟轴上完成,结果表明:卡箍的平衡性能良好,对模拟轴的临界转速和振动特性的影响甚微,在此基础上完成了装机动力涡轮转子的高速动平衡试验,效果良好。      

转子特性参数的预估和临界响应的预报

建立了转于系统临界转速和阻尼比的估计方法。利用转子升速至80％～90％的临界转速之前的数据就可估计出转子的临界转速和阻尼比,而无须使转子越过临界转速。由此可避免转子过临界时的剧烈振动。本文还给出了转子在临界转速处的不平衡响应的预报方法。实验结果表明,本文建立的方法是有效的。      

柔性转子的优化平衡

本文提出一种柔性转子优化平衡准则—有约束的最小应变能准则,它能满足航空燃气涡轮发动机结构强度和性能一体化设计的要求。应用该准则时,平衡校正量(大小和方位)是优化参数,转子—支承系统的总应变能为目标函数;转子若干截面的振动幅值作为约束条件。选用了鲍威尔法和网格随机射线法,进行优化计算。编制了优化全过程的FORTRAN程序,并经算例和实验考核、验证。      

带弹性阻尼支承的转子系统丢失叶片瞬态响应试验研究

本文对带弹性阻尼支承的转子系统由于丢失叶片产生的瞬态响应给出了系统的实验研究结果。进行了不同转速和不同挤压油膜阻尼器(SFD)油膜间隙情况下转子上施加不同的突加不平衡量的实验。在阻尼器处由极限圆表征的不稳定门限值可以确定;全面地观察到转子系统由于非线性引起的一些特殊现象,如“锁死”、双稳态跳跃和亚协调进动等。分析了SFD抑制转子系统不稳定的有效性和能力。