轴系稳定性裕度判据的理论研究

本文提出以系统最大能量比率作为衡量轴系稳定性裕度的判据,和传统的对数衰减率与系统阻尼判据相比,该判据综合了系统所有模态的信息,考虑了特征值与特征向量的共同影响。最大能量比率较小的轴系具有较大的稳定性裕度;最大能量比率较大的轴系具有较小的稳定性裕度。探讨了特征向量在评估稳定性裕度的重要作用,指出了传统的对数衰减率与系统阻尼判据在评估轴承稳定性裕度时的局限性。作为应用实例,用最大能量比率判据考察了一模型转了轴承系统的稳定性裕度,并与用对数衰减率及系统阻尼判据所得结论进行了对比。结果表明,用本文提出的判据所得的结论与实际情况比较一致。此外,应用模型转子的计算结果,进一步阐明了对数衰减率与系统阻尼判据的共同不足是采集的信息太少。     

轴系稳定性与支承轴承的关系

本文研究了大型旋转机械转子轴承系统的稳定性与每个支承轴承的关系,建立了轴承对整个轴系稳定性的贡献系数。贡献系数最大的轴承对稳定性的贡献最大;贡献系数最小的轴承是轴系中最危险的轴承。油膜失稳或油膜振荡往往由这个轴承首先激发。轴系稳定性主要取决于系统中敏感轴承的动特性系数。适当地改变这些轴承的结构型式或设计参数可以显著地提高轴系的稳定性裕度。分别对一个5支承的模型转子系统以及国产200MW汽轮发电机组进行了数值计算,结果表明本文的计算结果与机组的实测结果比较一致。此外还讨论了国产200MW机组轴承的改造方案,提出将发电机转子的两个轴承改换为椭圆轴承,不但可以有效地提高机组的稳定性,而且改造费用最低。     

油膜轴承动态特性参数及转子不平衡的统一识别

将转子不平衡作为引起转子-轴承系统振动的主要原因,本文提出了一种现场、在线识别转子系统油膜轴承动态特性参数及转子不平衡的时域方法。本方法充分利用转子的结构及模态参数以解决测点不足和激振力不可测量等问题。同传统的参数识别方法相比,本方法具有现场、在线、不需人工激振、设备简单等优点。实验结果证明了方法的可行性。     

小型低温风洞压缩机转子结构设计

低温风洞的轴流压缩机是整个风洞的动力装置,具有温度范围宽广、运转速度较高等特点。本文围绕低温压缩机的转子结构设计,论述了压缩机主轴-轮毂连接、轮毂-叶片连接、轴承的选取、轴承的润滑、密封结构形式以及轴系热防护方案等关键技术,针对弹性支承下的转子动力学校核以及转子热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,转子第一阶临界转速远高于最大转速,降温结束时推力轴承座圆锥面内侧的最大应力值约170MPa,安全系数大于1.5。压缩机组和小型低温风洞进行了联合调试,当总温降至110K时,轴承温度大于5℃,轴承振动在全转速范围内小于3mm/s。各项性能指标均满足使用要求,调试结果验证了该压缩机转子系统设计的可靠性。     

悬停状态下无轴承尾浆气弹稳定性分析

新型发愤浆型式无轴承尾浆的气弹稳定性分析非常复杂，而目前国内在这方面的研究还是空白。本文试图建立一套有工程实用意义的无轴承尾浆气弹稳定性分析方法和相应的分析程序，并进行参数影响分析和计算。在前期研究工作的基础上，本文推导出正交各向异性复合材料梁的应变能变分表达式，并将其用于推导旋翼／机身耦合系统的运动方程。再通过对系统的稳态周期解进行摄动，得到相应的线化周期时变动力学方程，用Floquet理论判断系统的稳定性。最后，分析计算了悬停状态下某无人直升机无轴承尾桨的气弹稳定性，表明其孤立桨叶及尾桨／传动轴／尾梁的耦合系统是稳定的；并进行了参数分析，得到一些有意义的结论。     

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。     

油膜轴承动态特性参数及转子不平稀的统一识别

将转子不平稀作为引起转子－轴承系统振的主要原因，本文提出了一种现场、在线识别转子系统油膜轴承动态特性参数及转子不平衡的时域方法。     

一种改进的阻抗比判据

在直流分布式电源系统中,按单独工作模式设计的子系统之间的相互作用将导致电源系统动态性能下降甚至不稳定。M idd lebrook判据是分析分布式电源系统稳定性的经典方法,但不能保证系统的绝对稳定性及各子系统原有的动态性能。本文基于分布式电源系统小信号模型,研究了子系统之间的相互作用问题,给出一种改进的阻抗比判据,该判据能保证各子系统原有的稳定性和动态性能。分析实例与实验结果证明理论分析的正确性,从而为源变换器的优化设计提供了理论依据。     

单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究

介绍了单自由度永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理,提出了永磁磁通与电磁磁通叠加计算混合磁悬浮轴在的方法,给出了由这种方法导出的计算磁感应强度的理论计算公式,建立了混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制模型,以ＰＩＤ为控制策略,导出混合磁悬浮轴承系统稳定性和动态性能的传递函数,通过理论分析和实验验证,得出了增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力,稳定性,减小功放损耗的结论。     

鸟撞受损叶片压气机气动性能仿真

基于研究鸟撞现象对压气机气动性能影响的目的，进行单级压气机的气动设计，分析了主要设计参数，并以此为基础，以原型转子叶片为模型进行鸟撞模拟，建立鸟撞损伤叶片模型。在周向上改变损伤叶片的数量生成不同的计算模型，进行全环的数值模拟，考察不同受损叶片数目对压气机气动性能的影响，分析流场细节，总结受损转子气动特性的变化规律。计算结果表明：受损叶片数量分别为1、2、3的压气机转子在设计转速下，气动性能和稳定性都有明显的下降，主要表现为最大效率工况的效率分别减小了1.37%、2.55%、3.57%，压比分别减小了0.19%、0.29%、0.40%，稳定工作的流量范围减小，稳定裕度分别相对减小了14.33%、25.69%、31.97%。     

具有多个执行机构Lurie系统的时滞相关稳定性

Ｌｕｒｉｅ时滞控制系统是工程实践中经常遇到的一类重要的非线性控制系统,本文根据微分方程理论,提出了不确定性具有多个执行机构的Ｌｕｒｉｅ时滞控制系统时滞相关稳定的充分性判据,并给出系统衰减速度的估计方法。该方法仅需假定时滞有界,因而其结论适扩用于变时滞的系统。文末给出应用本文结果的两个应用实例,并与相关成果进行了比较,计算结果表明了本文方法的有效性。     

基于相关性分析和神经网络的直接推力控制

传统的发动机控制是将一些可测量参数作为被控制量,如转速和压比,因为可由它们推算出推力。但由于推算的过程不准确,为保证发动机安全运行,在发动机的设计过程中常常保留了较大的裕度。而直接推力控制可以降低这些裕度,充分发挥发动机的性能。针对在飞行中推力无法直接测量的情况,本文使用了相关性分析和神经网络技术设计了非线性推力估计器,使用若干测量参数作为输入,实时计算出发动机的推力值。并针对发动机使用的实际情况,使设计出的估计器不但可以估计额定发动机的推力,而且可以估计非额定发动机的推力。在仿真结果中,估计出的推力跟踪上了正常和非额定发动机的推力。     

用Mises屈服条件求固支环板的极限荷载

对于环板的塑性极限分析,通常应用最大弯矩极限条件,本文应用Mises屈服条件求固支环板在均布荷载作用下的极限荷载。考虑到Mises屈服条件的非线性,文中采用加权余量法进行分析。根据环板屈服时弯矩的边界条件和平衡方程,选取合适的试函数,并用加权余量法中的子域法进行求解,给出极限荷载的计算公式与数值结果,并与Tresca屈服条件的数值结果进行了比较。     

氮气辐射强度的激波管测量与验证

超高速飞行器的热防护设计必须考虑激波层内高温气体发射与吸收的辐射能量,需要有效的辐射加热评估手段。相应飞行条件下的光谱辐射强度地面实验测量是验证数值模型和方法、理解高焓流动的重要手段。基于燃烧驱动激波管,发展辐射强度标定技术,针对富氮气环境,开展高温气体光谱辐射强度的高分辨定量化测试,掌握辐射特征,为数值验证提供基础数据。实验获得了激波速度5.70和6.20km/s条件下的气体光谱辐射强度精细结构,数据表明激波波后的非平衡过程对辐射强度存在很大影响。通过求解耦合化学反应动力学模型的Navier-Stokes方程和辐射特性模型,得到对应实验条件下的流场参数和辐射强度,计算结果和实验数据符合很好,验证了数值模拟方法。     

空气系统引气对压气机性能影响的数值研究

空气系统从高压压气机中引出的气流已达到主流流量的3%～5%,然而空气系统引气对压气机性能的影响研究较少.本文以低速单级压气机为研究对象,根据引气对压气机性能的影响机理设计了6种引气结构,并针对其中1种引气结构进行了5种不同引气量的研究.通过数值模拟,讨论了不同引气结构和引气量对压气机性能的影响.结果表明:对于角区大分离的静子,端壁引气可以较小的引气量获得压气机总压升和稳定工作裕度的全面提升.而且端壁的引气量并不是越大越好,存在最佳值.     

以主轴系统刚度与总功耗之比值为目标函数的液体静压轴承优化设计方法

本文介绍以主轴系统刚度与总功耗之比值最大比值最大为目标函数、主轴系统刚度的校验准则为主要约束条件的液体静压轴承优化设计方法，与普通设计方法相比，两种不同结构液体静压承经优化设计后，其单位总功耗的主轴系统刚度都成倍增加。