航空发动机管路系统动力学特性综述

航空发动机管路系统主要承受来自机匣和管内流体的耦合激励作用,不同位置机匣传递的基础激励不同,如高低压转子振动、气动载荷、燃烧室火焰脉动和气动噪声激励等,管内流体激励包括介质压力脉动及管路形状改变造成的介质冲击载荷等;同时不同管型的管路通过卡箍、支架、接头等连接部件与机匣和附件相连,存在大量的结构耦合,这些都极易引发管路系统在多源载荷激励下的振动超限,诱发管路及卡箍产生裂纹等故障。为了提高管路系统服役期间的可靠性,在设计阶段需要开展动力学优化设计,并提出相应的设计标准及规范。目前管路系统动力学方面的研究主要聚焦在飞机、舰船及其他输油管路,针对航空发动机管路系统动力学特性的研究相对较少,对管路系统主要支撑部件卡箍静力学及动力学特性表征、弹支边界管路系统动力学特性、流固耦合管路系统动力学特性及管路系统动力学优化这4个方面的研究现状进行了总结与展望,旨在为航空发动机复杂管路系统设计及振动控制提供理论支持和技术指导。     

基于多点随机激励的发动机管路振动疲劳寿命分析

针对航空发动机管路系统激振环境复杂、激振点多的现状和在此边界条件下单点随机振动方法无法准确分析与模拟的问题,提出了一种多点动力学振动分析方法,首先从理论上推导出多点激励的动力学振动方程,其次利用有限元模拟验证了结构多点振动的动强度响应特性,根据Dirlik模型预测了管路系统的随机振动疲劳寿命,对比分析了结构在多点振动激励与单点振动激励下响应动力学特性以及疲劳寿命的关系,针对载荷相关性问题探究管路应力响应与疲劳寿命的变化规律,最后针对于不同的约束条件,分析了弹性约束刚度值对于结构疲劳寿命的影响。对比分析发现：在多点激励下管路系统的的振动寿命仅为单点激励最低疲劳寿命的22.31%,管路应力响应与疲劳寿命随相位与相干系数变化而呈规律变化,随着约束刚度值的增加,结构的响应功率谱密度增加,结构共振区域对于功率谱密度放大作用减小,疲劳寿命降低,验证了多点动力学振动分析方法的有效性。     

基于多点随机激励的发动机管路振动疲劳寿命分析

针对航空发动机管路系统激振环境复杂、激振点多的现状和在此边界条件下单点随机振动方法无法准确分析与模拟的问题,提出了一种多点动力学振动分析方法,首先从理论上推导出多点激励的动力学振动方程,其次利用有限元模拟验证了结构多点振动的动强度响应特性,根据Dirlik模型预测了管路系统的随机振动疲劳寿命,对比分析了结构在多点振动激励与单点振动激励下响应动力学特性以及疲劳寿命的关系,针对载荷相关性问题探究管路应力响应与疲劳寿命的变化规律,最后针对于不同的约束条件,分析了弹性约束刚度值对于结构疲劳寿命的影响。对比分析发现:在多点激励下管路系统的的振动寿命仅为单点激励最低疲劳寿命的22.31%,管路应力响应与疲劳寿命随相位与相干系数变化而呈规律变化,随着约束刚度值的增加,结构的响应功率谱密度增加,结构共振区域对于功率谱密度放大作用减小,疲劳寿命降低,验证了多点动力学振动分析方法的有效性。     

钛合金宽弦风扇叶片的振动特性

通过模态仿真和模态试验技术分别对某型号TC4钛合金宽弦风扇叶片的振动特性进行研究。采用ANSYS-APDL软件对风扇叶片模型进行模态仿真分析。根据风扇叶片的坎贝尔图以及不同模态的振型分布,识别风扇叶片的弯扭振型。风扇叶片不同转速不同模态下的转速裕度和频率裕度分析显示:第1阶弯曲模态在红线转速下的转速裕度和频率裕度超过20%,表明风扇叶片满足共振裕度要求。在三轴向振动台上利用扫描式激光测振仪,采用敲击法和随机带宽激励的方法测量叶片的响应,分析了风扇叶片不同模态的冲击响应特性和多轴响应特性,发现风扇叶片在周向和轴向激励下的响应以低阶弯曲模态为主,而在径向激励下的响应以扭转和复合模态为主,不同激励位置不同模态的响应特性与风扇叶片的振型息息相关。      

基于多个MFC 激励器的复合材料宽弦风扇叶片模态测试

为了研究复合材料风扇叶片响应特性,利用压电纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）激励器对复合材料宽弦风 扇叶片进行模态测试。将测试结果与有限元仿真值进行比较,分析风扇叶片不同MFC 单独激励和组合激励下的响应特性。设计了 MFC 激励器激励系统,采用MFC 单独激励和组合激励的方法,实现快速正弦扫频激励信号激励,借助扫描式激光测振仪测量叶片上 关注测点的振动响应。结果表明：MFC 激励下风扇叶片的响应与MFC 覆盖位置处对应的MFC 纤维极化方向的应变大小、MFC 纤维方 向和测点选择有关;不同位置的MFC 激励叶片,叶片各阶模态响应有差异。该结果可用于宽弦风扇叶片的MFC 激励器/ 传感器控制 方法的进一步研发和风扇叶片的振动特性分析。     

脉冲爆震载荷作用下转子系统动力学特性

针对脉冲爆震涡轮发动机(PDTE)气动载荷具有周期性、非定常的特点,应用有限元法建立了PDTE转子系统动力学特性计算模型。在验证计算模型准确性的基础上,研究了周期性、非定常轴向力和扭矩对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明:与传统燃气涡轮发动机相比,PDTE转子系统同时存在弯曲振动、轴向振动和扭转振动。脉冲爆震燃烧室的气动载荷会改变转子系统的弯曲刚度,但对气动载荷合理设计后,其对弯曲振动的影响较小。周期性、非定常轴向力引起转子系统轴向振动,且轴向振动特性主要受零频和1阶轴向共振频率处响应的影响。PDTE工作时滚珠轴承的轴向支反力会不断变向,在设计滚珠轴承时应予以考虑。周期性、非定常扭矩引起转子系统扭转振动,1阶扭转共振频率分量在扭转振动响应中占优。      

航空发动机成附件振动环境试验剖面确定方法研究

针对航空发动机成附件振动环境试验需求,论述了发动机成附件的可靠性试验、功能性试验、耐久性试验以及强化试验的功用与实施流程,明确了各振动环境试验剖面制订中的基本要求.阐述了四类振动环境试验剖面的详细确定步骤、分析方法以及应遵循的基本原则,发展和完善了基于环境测试数据(功率谱密度样本)的振动环境试验剖面确定方法.通过工程实例分析,使读者对试验剖面确定流程形成直观认识,对位于风扇机匣位置的成附件而言,试验剖面的各频段分别用以反映低压转子不平衡激励、高压转子不平衡激励、风扇气动激励以及随机噪声的振动能量.     

航空发动机空间管路系统的流固耦合振动特性

为了分析航空发动机空间管路系统的振动特性,提出了一种采用自定义管单元建立输液管路流固耦合有限元模型的方法.模型中的自定义管单元考虑了管路的横向流固耦合振动、轴向振动和周向扭转振动.管路系统中的支承采用非线性弹簧单元模拟.通过将自定义管单元的仿真结果与试验测试数据和经典理论解进行比较,验证了自定义管单元的正确性.研究了实际空间管路系统振动固有频率和响应特性.研究表明:随着内压增大,固有频率和临界流速均减小.同时得出了非线性刚度系数和激励幅值对管路系统简谐激励下受迫响应的影响规律.      

带颗粒型金属橡胶夹层阻尼结构的振动响应研究

针对冲压发动机中高温板壳结构的振动抑制需求,提出新型颗粒金属橡胶夹层阻尼结构,基于模态应变能法建立了其动力学理论模型和数值求解方法。与试验结果对比表明,共振幅值的相对误差不大于20%。进一步采用理论分析与试验相结合的手段,论述了颗粒型金属橡胶夹层阻尼的有效性,可有效降低振动响应3~8倍;随着填充密度的增加,减振效果增加;对于一弯和二弯振动,下部填充减振效果最好,而在下部填充,振动响应会被放大;依据数值计算获得的应变能分布结果,进行夹层设计可达到良好的减振效果。     

基于叶尖定时原理的整体叶盘振动测试与分析

针对某发动机整体叶盘风扇部件第1级转子叶片振动故障,应用基于叶尖定时原理的多通道非接触叶片振动测试系统 对不同气动状态、不同运行转速下叶片振动参数进行测量,采用整级叶片行波分析方法分析得到了整体叶盘转子叶片的振动形式 以及叶片振动随风扇气动状态和运行转速的变化规律。测试分析结果表明：该整体叶盘转子叶片在多个转速下存在非同步振动, 同时静子参考系可观察到前行波,叶片振动频率、激振因素及振动节径均随转速变化,叶片振动Campbell图存在2条明显的激振 线,与叶片2弯和1扭振型频率线基本一致。通过测试分析可知振动激励源为宽频激励,且与试验件静子结构激振因素无关。可 通过提高叶片自身刚度、强化阻尼效果、降低弯扭耦合来改善叶片振动特性。     

封闭差动齿轮系统振动传递路径贡献度分析

针对封闭差动齿轮系统在减振降噪方面的需求,提出了一种从传动系统运动分析的角度出发确定其振动传递路径并分析各路径贡献度的研究方法。以齿轮啮合时产生的时变啮合刚度和误差等效位移作为内部激励,分析封闭差动齿轮系统的振动传递路径,基于功率流法分析各振动传递路径的贡献度。研究结果表明:振动接受结构输出轴、差动级太阳轮和封闭级行星轮在最大共振频率下对应的最大共振幅值分别为14 010、3 314 (m/s2)/Hz和95 180 (m/s2)/Hz;包含封闭级内齿圈和输出轴的路径4在差动级外啮合激励、差动级内啮合激励、封闭级外啮合激励和封闭级内啮合激励对应的振动传递路径贡献度百分比分别为777%、775%、786%和699%,封闭级内齿圈和输出轴在封闭差动齿轮系统振动传递中起主要作用。     

振动环境技术在直升机研制中的地位和作用

本文简要介绍直升机研制中的一些故障现象及排除方法。以某型号为依托,介绍排除振动故障的过程;和动力学减振隔振技术结合,加装吸振器,通过参数调整达到最佳效果。从而揭示了振动环境技术工作在整个直升机研制工作中的重要地位和作用。以数据和图表简单形象地展示这一过程和最后效果。     

不平衡激励作用下周向加肋机匣振动能量传递机理

为了研究周向加肋机匣对整机振动的抑制机理,采用有限元法建立了加肋机匣-支承-转子耦合结构,结合振动功率流法分析了在转子不平衡激励作用下周向加肋机匣中的振动能量传递机理。 结果表明:机匣周向加肋筋诱导出的能量涡流场能够分流和耗散掉部分由转子传递至机匣的振动能量;机匣周向加肋筋改变了振动能量的传递路径,减小了机匣与支板连接处振动能量的回流现象;振动能量传递到机匣周向加肋筋后发生传递波波形的转换,携带大部分振动能量的弯曲波转换为纵波并沿加肋筋周向传递,阻断振动能量沿轴向传递至整机其他部位。 研究结果可为航空发动机结构设计以及整机减振提供参考。      

一种新型直升机动力机构设计研究

本文先分析了活塞式航空发动机及单旋翼直升机的不足,对其机构进行了优化设计,提出一种能平衡内燃机运动部件惯性力和惯性力矩并能实现动力传动一体化设计的直升机动力机构方案;在分析机构方案动力学特性的基础上,得出本机构方案确实能实现平衡振动及动力传动一体化设计的结论;再结合直升机动力需求,对动力输出方式进行了设计;最后,本机构方案优缺点进行了比较,并对动力机构在直升机等装备上的应用方案提出了初步设想。     

QD128燃气轮机动力涡轮防振设计

分析了可能引起QD12 8燃气轮机动力涡轮振动超限的各种因素 ,着重阐述了设计中采用的各项相应的防振措施 ,简要介绍了整机试车时动力涡轮的振动情况     

液压管路系统随机振动下疲劳分析

民用飞机液压管路系统受到飞机振动环境的影响,可能产生振动引发的管路及安装结构疲劳破坏。为了分析液压管路系统在飞机振动环境下的承受能力,参考RTCA/DO-160G中对于固定翼飞机振动环境的定义及要求,对某民用飞机液压管路进行振动模态和随机振动响应分析。通过有限元分析得出了液压管路及安装结构的随机振动Von Mises均方根应力,采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法,计算管路系统的随机振动疲劳损伤,得到了疲劳薄弱部位及疲劳分析结果,为民用飞机液压管路在随机振动环境下的疲劳分析提供参考。     

炮击振动试验谱的预计

 <正> 军用飞机机炮附近区域,最严重的振动环境主要是射击时传递到飞机主要结构上的冲击压力脉冲所诱导的强烈振动场所引起的。这种环境,随着距炮口距离的增加,其作用明显减弱。距炮口2 m半径范围内敏感的机载设备受炮击振动影响较大,2 m半径以外炮击振动的量值衰减很快。炮击振动试验谱一般是根据炮击实测数据经分析归纳后提供的。对于新研制的飞机来说,在方案论证阶段和初步设计阶段,在无实测数据的情况下,只能根据有关规范进行估算和参考原准机的经验修正,给出初步的炮击振动试验谱。     

飞机地面液压油泵车振动问题分析

介绍了飞机地面液压油泵车(以下简称油泵车)的结构特点,分析了油泵车振动的主要来源是机械振动和液压泵的流体振动;在此基础上给出了消除振动一些思路和建议;指出了保障设备减振的可行方法,以及今后的研究方向和可能的发展.     

电火花加工用微型压电换能器的研制

在电火花加工中,沿电极的轴向采用微幅超声振动可明显改善微小孔的加工性能,本试验对该系统Φ２０Ｘ５５的微型换能器进行了设计和有限元分析,在频率３９～４５ｋＨｚ范围内获得无侧向振动的轴向振动和对加工有利的振幅     

多转子系统振动分析的子结构耦合矩阵法

提出了一种用于多转子耦合系统振动分析的建模方法.将耦合的多转子系统在耦合处分开,把耦合力作为单转子系统上的外力,利用集总参数法和节点的自由振动微分方程通式建立单转子系统的振动方程.通过分析耦合部件作用在耦合节点上的力,得到了多转子系统耦合部件的耦合矩阵;利用耦合矩阵将单转子系统振动微分方程耦合在一起,建立了整个多转子系统的振动方程.通过分析多转子系统的振动方程,解出了多转子系统的固有频率、临界转速、幅频响应曲线、涡动轨迹等.通过两个算例,证实了多转子系统振动分析的子结构耦合矩阵法是可行的,计算结果是可靠的.