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。     

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。     

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。     

从自由试验提取具有弹性支承的阻尼约束结构的主模态

作者已对边界固持(即刚性支承)的无阻尼和有阻尼的约束结构，从自由试验提取其实模态和主模态的方法进行过系统的研究，同时，对于具有弹性支承的无阻尼约束结构模态的提取，也建立了一种可行的方法。这些方法和技术途径都取得了良好的结果，仅剩下具有弹性支承的阻尼约束结构主模态的提取方法尚无。对此，本文企图建立一种工程中可行而实用的方法。在该方法中，阻尼分为瑞利阻尼和粘性阻尼两种模型，这样，可以根据不同结构选用不同阻尼模型下的提取方法。数值模拟结果表明，本文建立的方法虽然不像以前无阻尼下的类似方法那样，具有普遍性，即取任何支承刚度(可以很大或很小)都可获得满意结果。不过，对于工程中常见的支承刚度比结构刚度大或等量级的实际情况，本文方法是能取得满意结果的。这表明，本文方法已基本满足工程要求了。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（上）

根据新一代运载火箭CZ-5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ-5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（下）

根据新一代运载火箭CZ．5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ．5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

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.     

高速柔性转子动力特性及平衡技术试验研究

某新型涡轴发动机动力涡轮轴组件是一个带弹性支承和挤压油膜阻尼器的高速柔性转子,对其动力特性和高速动平衡进行试验研究,试验测得轴组件的动力特性,并和计算结果进行对比分析,在此基础上,完成高速动平衡试验。     

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。     

油液压缩性对减摆器工作特性的影响

讨论了考虑油液压缩性时减摆阻尼器的数学模型,在液压缸的压力微分方程中引入变化的体积弹性模量。用数字仿真方法模拟减摆阻尼器的动态阻尼特性,并与K8飞机的前轮操纵减摆器的动态阻尼试验作了对比。试验工况包含有意设置的缺油工况,即明显含有空气泡的情况。结果表明,不考虑油液压缩性的仿真结果与实测功量图明显不符,油液压缩性对减摆阻尼器的动态阻尼特性有较大影响。本文还讨论了含气量、振幅、频率等因素对动态阻尼特性的影响     

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。     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

弹性支承对滑动轴承转子系统动力稳定性的影响

研究了弹性支承对滑动轴承支承的非线性转子动力系统的动力稳定性影响和减振特性。首先建立了滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的力学模型,在油膜力非线性的情况下,分析了系统的动力稳定性,通过对比具有弹性支承的滑动轴承转子系统和刚性支承的滑动轴承转子系统的响应,表明:弹性支承的加入,有效地提高了系统运动稳定性。     

隔振支承系统动力学试验与辨识

通过对聚氨酯泡沫塑料的动力学特性进行试验和理论研究，发现聚氨酯泡沫塑料在不同频率与不同振幅作用下其隔振力与位移呈现出典型的迟滞非线性，而且系统的动刚度是频率的非线性函数，与振幅基本无关；阻尼是振幅，速度，频率以及位移的非线性函数，在此基础上本文提出了描述隔振支承系统的动力学方程，并进行了参数辩识。计算与试验比较，吻合较好。     

飞行器滚转阻尼导数测量试验技术研究

介绍了中国航天空气动力技术研究院针对滚转阻尼导数试验中不同试验要求,为航空航天飞行器开展的多项滚转阻尼导数风洞试验技术研究。针对不同模型,分别采用一体式弹性铰自由振动试验技术、组合式弹性铰自由振动试验技术和基于气浮轴承的自由滚转试验技术进行了多项试验,对机械阻尼特性、试验频率和抗载荷能力等关键性能进行了综合分析和研究。风洞试验结果表明:合理利用各项试验技术进行试验,试验数据大小合理、规律性好;各试验技术能够满足不同的试验振动频率范围,并且体现出了机械阻尼量级的规律性变化。针对不同飞行器外形进行风洞试验时,应结合试验要求和多方面因素选取合适的试验技术和试验方案。     

一类约束阻尼结构动力学建模及其应用

结构系统的劝控制是改善航天器动态特性的重要途径，本文分析了利用约束阻尼结构进行了振动抑制的基本方法，讨论了约束阻尼结构的动力学特性和有限元模型，作为应用实例，本文将约束阻尼结构应用于某大型航天结构，对比附经前后结构的试验莫大记结果，作为一种被动振动控制方法，对航天结构抑制是有效和可行的。     

滚动轴承在任意方向的支承刚度

为仔细分析高速转子——滚动轴承系统的动力学特性,本文提出了滚动轴承在任意方向的支承刚度的概念,应用弹性理论和滚动轴承内部几何关系,推导了滚动轴承在任意方向的支承刚度的数学表达式。同时还提出了球轴承和单列向心短圆柱滚子轴承在外载荷作用下内圈位移的简化表达式,给出了计算方法和编制了相应的计算程序。 为验证上述理论的正确性和程序的可靠性,应用本文方法进行了大量的计算试验,与美国空军推进实验室所提供的轴承刚度的资料相比较,计算结果相当吻合。在此基础上,本文还进一步探讨了轴承的轴向负荷和径向负荷、径向间隙和负荷分布参数对轴承刚度的重要影响,得到了许多重要结论。     

基于复模态模型修正方法的磁悬浮轴承支承参数识别

针对较大阻尼的磁轴承-转子系统,采用复模态模型修正技术,识别其支承刚度和阻尼参数.结合通用有限元软件NASTRAN与工程软件MATLAB,以实际磁轴承-转子系统为例,应用复模态实验数据识别得到了转子悬浮静止时磁轴承的刚度和阻尼参数,使得修正后有限元计算与实验数据之间的频率相对误差在10%以内,阻尼比相对误差也得到改善.研究表明,所提出的基于复模态的模型修正方法对具有较大阻尼的磁轴承支承刚度和阻尼参数识别是非常有效的.     

动态法测量飞行器气动静稳定性的研究

本文介绍了风洞中进行模型气动阻尼特性试验的同时,获取飞行器气动静稳定性数据的基本原理。根据动态试验的频率数据,计算了五种再入外形的俯仰力矩系数的攻角导数,并与五座风洞中得到的大量静态试验数据做了比较。表明由动态法获得的静稳定性数据是可信的;并且易于观察粘性对稳定性的影响;在零攻角(或配平角)附近,动态法比静态法显示出更多的合理性。     

小型油气支承弹簧单元设计与验证

针对全箭模态试验的自由边界模拟,研究静压支承与支承频率设计原理,设计用于原理验证的小型油气支承系统,并针对单台油气弹簧单元进行测试,结果表明支承频率与原理一致,支承阻尼满足自由边界要求,系统流量与负载质量和油温波动关系密切。