磁浮多电航空发动机的研究现状及关键技术

介绍了国际上磁浮多电发动机的研究现状、发展趋势及其核心关键技术如高温磁悬浮轴承、高温位移传感器、附件电传动技术、备用轴承和多电发动机的结构设计。介绍了美国的IHPTET计划中有关磁浮多电发动机的研制情况,IHPTET计划和美国的德雷伯实验室(DraperLaboratory)、Synchrony公司等多个单位进行了长期的合作,共同研制该发动机的核心关键技术"高温磁悬浮轴承",从目前掌握的资料分析,IHPTET计划中的磁浮多电发动机将采用Synchrony公司研制成功的"高温磁悬浮轴承"。1997年底,欧共体制定了类似的AMBIT研究计划,期望率先研制出以磁悬浮轴承支撑的航空发动机,参加该计划的有英国、德国、法国、奥地利和瑞士等5个国家。      

多电航空发动机研究现况及关键技术

多电发动机作为多电飞机的核心部件,受到欧美国家的高度重视。介绍了国内外多电发动机的总体研究现状和发展趋势,重点分析了整体式起动／发电机、磁浮轴承、电动燃油泵和电动作动器等多电发动机核心部件的技术特点和性能优势,同时对内置式整体起动／发电机技术、高温主动磁浮轴承技术和分布式控制技术等多电发动机的关键支撑技术进行了讨论。多电发动机结构紧凑、重量轻等优势必将使其得到应用及发展。     

实心转子—电磁轴承系统的损耗分析

当径向电磁轴承中的转子旋转时,转子中将产生涡流。当转子为非叠片结构时,所产生的涡流较大,此涡流将改变电磁轴承气隙回路中的磁场。因此,作用在转子上的磁场力除磁浮力之外,还将作用有切向力,此切向力将产生磁阻尼,引起能量损耗。本文提出了一实心转子—电磁轴承系统的磁场分布模型,给出了相应磁浮力和切向力的计算公式,以实际系统为例,进行了相应计算和损耗分析,并在实际系统上进行了实验。结果表明计算与实验较吻合。      

燃气涡轮发动机的发展与制造技术

对下一代军用发动机的具体技术指标要求目前还不明确,但其基本技术目标是:推重比＞12～15;涡轮前燃气温度2000～2200 K;风扇和压气机的级数比目前发动机减少约1/2;有可能采用磁浮轴承或燃油冷却轴承而取消滑油系统,这将具有更完善的健康管理系统     

多电发动机技术发展初探

多电发动机是多电飞机的核心系统。20世纪90年代,美、英等国以主动磁浮轴承技术和整体起动/发电机技术为突破口开展了多电发动机研究,取得了很大进展。预计多电发动机在2010～2020年达到实用阶段     

磁浮飞行风洞试验技术及应用需求分析

随着高速、超高速轨道交通的快速发展,需要发展新型的风洞设备,实现风洞性能和试验能力的突破。磁浮飞行风洞是利用真空管道列车概念结合动模型试验技术提出的一种新概念风洞设备,可以构建出更加接近真实状态的测试环境。本文从磁浮飞行风洞基本概念、国内外研究现状及发展趋势、试验技术、应用需求等几个方面开展论述。首先论述了国内外传统风洞和动模型设备的现状及发展趋势,指出了发展磁浮飞行风洞的必要性;其次,重点对磁浮飞行风洞需要发展的试验技术进行了分析;最后,对磁浮飞行风洞在超高速轨道交通及其他领域的应用需求进行了展望。     

亚声速真空管道磁浮系统气动热特性研究

为解决真空管道磁浮系统气动热问题,研究管道内气动热分布特性至关重要.以某高速磁浮列车为研究对象,基于Sutherland黏性公式及SST k-ω湍流模型,数值仿真了三维可压缩亚声速真空管道磁浮系统的气动特性及气动热效应,考虑的阻塞比范围为0.1～0.4、列车运行速度为600～1000?km/h,研究了列车表面温度分布、...     

虹桥枢纽公交集散中心竣工

<正>虹桥综合交通枢纽的东交通广场和规划预留磁浮虹桥站工程(以下简称东交磁浮工程)2月10日顺利通过竣工验收,标志着一座以面向全国、服务长三角为目标,集轨、路、空三位一体、日旅客吞吐量110万人次的超大型、世界级综合交通枢纽的大部分工程均基本具备了投入使用条件,今年3月与新航站楼同步投用,将满足为上海世博会提供服务的功能要求。     

基于Kriging模型的轴承结构参数优化设计方法

轴承的生热率与轴承的使用寿命密切相关,为了减小轴承的生热率,以滚动轴承拟静力学分析和滚道控制理论为基础,求得轴承运转过程中的相关参数,进而得到轴承生热率.将轴承最小生热率为目标函数,通过Kriging模型和粒子群优化算法相结合的方式进行了轴承结构参数优化.对NSK 7016A5轴承的研究结果表明:轴承结构参数优化后,轴承整体和轴承内外圈生热率均变小.Kriging模型和粒子群优化算法相结合的轴承结构参数优化方法取得了良好的设计效果,并且提高了轴承的设计效率.      

箔片摩擦对波箔型径向气体轴承静刚度和悬浮转速影响实验

加工制造了两个不同轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度的波箔型径向气体轴承.在建立的波箔型径向气体轴承性能测试实验台上对预紧状态下两个波箔型径向气体轴承进行了静刚度测试实验,并利用摩擦力矩法测量了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,通过对比两个轴承的实验结果分析了波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦效应对轴承静刚度和悬浮转速的影响.结果表明:降低轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度能够减弱波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦,减小了轴承静刚度,进而在轴承载荷相同的条件下有效降低了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,减少了轴承表面磨损,对轴承结构设计和提高轴承寿命具有工程指导意义.此外,波箔型径向气体轴承的静刚度并不是线性的,而是随着箔片变形量的增大而增大,因此有必要在波箔型径向气体轴承理论建模时考虑箔片结构刚度的非线性特性.      

一种用于电磁轴承特性可控的弹性备用轴承

 为了提高电磁轴承备用轴承的性能,基于动力特性可控的径向电涡流阻尼器、弹性支撑以及滚动型或衬套型备用轴承提出了一种动力特性可控的弹性备用轴承新结构。介绍了这种新型备用轴承的结构和工作原理,在不同的转速和转子不平衡量下测量了电磁轴承失效后转子坠落在新型弹性备用轴承上的瞬态响应,分析了新型备用轴承对转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应的抑制作用。结果表明：这种新型弹性备用轴承不仅具有结构简单、无工作介质、动力特性易于进行控制等特点,而且还能够显著减小电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应,使转子的振动很快得以衰减,减小了转子对备用轴承的冲击作用,是一种具有良好发展和应用前景的主动电磁轴承备用轴承结构。     

球柱联合转台轴承摩擦力矩特性

为研究球柱联合转台轴承摩擦力矩特性,建立了轴承的力学模型,采用Newton-Raphson法对模型进行求解。分析了轴承摩擦力矩产生机理,建立了摩擦力矩计算模型,利用试验机对模型进行了试验验证,研究了不同结构参数对轴承摩擦力矩的影响。结果表明:所建立的模型可较好的实现轴承摩擦力矩预测,轴承摩擦力矩与轴向载荷、倾覆力矩和轴承转速呈正相关;减小初始轴向游隙可显著降低轴承摩擦力矩;钢球数量存在一个最优值使轴承摩擦力矩最小;沟曲率半径存在合理区间使轴承综合性能最优;适当减小保持架质量可有效降低轴承摩擦力矩。研究结果为球柱联合转台轴承的优化设计提供了理论依据。     

高精度空气静压轴承的设计

本文介绍了高精度空气静压轴承的设计,论述了伺服转台主轴轴承的选择,轴承节流器型式的选择,径向轴承和止推轴承的设计,轴承材料的选择和轴承的静压稳定性。最后,对高精度空气静压轴承的设计提出了几点意见。     

带有弹性减振器的磁悬浮转子跌落的动力学分析

为了防止磁悬浮轴承失效后高速旋转转子损坏磁悬浮轴承系统,主动磁悬浮轴承还需要保护轴承对转子起到临时支承作用。针对磁悬浮轴承失效后转子跌落在保护轴承上产生的振动与冲击,设计了1种在转子上安装弹性减振器的结构,运用动力学仿真软件ADAMS对转子-弹性减振器-保护轴承进行了动力学仿真,并进行了试验验证。结果表明:弹性减振器结构可明显减少轴承内圈所受的冲击。     

300万DN值圆柱滚子轴承优化设计与试验

为了解决圆柱滚子轴承在高DN(轴承内径×轴承转速)值工况下易失效问题,开展了高DN值圆柱滚子轴承的研制工作。结合轴承设计准则,进行300万DN值圆柱滚子轴承结构参数优化设计和材料选取;基于轴承动力学理论,建立了动力学模型并仿真分析,研究了300万DN值圆柱滚子轴承动力学行为;在自主研发的试验机上进行轴承试验,试验过程中监测轴承温升及振动加速度值。结果表明：DN值为300万时,温度低于130 ℃,振动加速度低于20g。通过优化设计,圆柱滚子轴承DN值从200万提升到了300万。     

航空发动机高压转子前轴承刚度特性分析

为了得到航空发动机高压转子前轴承刚度随发动机工作状态的变化规律,建立了该轴承的刚度分析模型,引入了轴承内、外环配合参数、离心效应、热效应以及联合载荷对轴承刚度特性的影响,数值分析了该轴承的刚度随轴承内、外环配合参数、转速、轴承工作温度及外载荷的变化规律。结果表明,轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度,随轴承内、外环过盈配合量增大而增大,随转速、工作温度和弯矩的增大而减小;径向力增大,轴承的径向刚度增大,轴向刚度和角刚度减小;轴向力增大,轴承的径向刚度减小,轴向刚度和角刚度增大;轴向载荷对该轴承的刚度影响最大。     

航空发动机主轴承径向游隙分析

针对发动机主轴承装配和工作特点,建立了用于发动机主轴承热态工作条件下的径向游隙分析模型,分析了轴承内外环配合参数、轴承内外环锁紧螺母拧紧力矩、发动机转速、轴承工作温度和中介支承结构形式等参数对轴承径向游隙的影响规律。结果表明,轴承的装配工艺和工况对其几何参数的影响较大,设计时应注意轴承的装配工艺参数、发动机工况参数、润滑参数、轴承几何参数和机械性能等相关参数的合理匹配,以提高轴承寿命,保证发动机稳定运转。     

高可靠性陶瓷轴承技术研究进展

陶瓷轴承具有长寿命、耐高温、耐腐蚀和超高速等优异的综合性能,已经在航空航天及装备制造领域中得到应用.介绍了陶瓷轴承的发展背景,归纳了陶瓷材料技术研究进展,概括了陶瓷滚动体毛坯和成品的无损探伤技术和方法,阐述了陶瓷滚动体表面低损伤加工的必要性,探讨了陶瓷轴承的润滑行为和热行为,提出了陶瓷轴承的失效模式和设计准则,分析了陶瓷轴承的结构和性能设计方法,给出了部分典型应用和极限性能试验情况,展望了高性能陶瓷轴承技术的发展趋势.为继续深化陶瓷轴承技术研究、攻克极限工况下的陶瓷轴承关键技术、发展面向工况的轴承设计制造技术、实现高性能陶瓷轴承的技术转化和推广应用、解决高端装备的公共轴承技术难题提供技术基础.     

平箔片楔形高度对气体止推箔片轴承特性影响

针对波箔型气体止推箔片轴承,建立了箔片结构二维薄板模型,并通过有限差分法和有限元法耦合求解可压缩气体Reynolds方程和气膜厚度方程,获得了给定轴承载荷条件下轴承气膜压力分布、气膜厚度分布、平箔片变形量和功率损耗等轴承特性.通过对比楔形高度分别为25,70,100,200,300μm时的轴承特性仿真结果研究了楔形高度对轴承性能的影响.结果表明:降低楔形高度使轴承气膜压力分布更均匀,并降低了平箔片的局部集中载荷.但楔形高度存在一个最佳值,使得达到相同轴承载荷所需的最小气膜厚度最大,并且轴承具有最小功率损耗,提高了轴承的工作效率.该结果为气体止推箔片轴承的结构设计提供的理论参考.      

考虑热变形影响的主轴轴承动态特性

针对角接触球轴承高速工况下内部易产生大量的热量、温升过高而引起轴承零件热变形,导致轴承内部沟道曲率中心与球中心几何位置关系发生变化,进而影响动力学状态的问题,基于轴承分析的拟静力学理论,考虑了轴承内部摩擦功耗生热和轴承零件的热变形。利用热网络法划分主轴单元热网络节点,定义节点之间的热阻抗,建立了稳态热网络模型。分析了不同工作转速和载荷下各节点温升导致的轴承零件的热变形,得出了轴承动态特性和热特性之间的耦合关系模型,并分析研究了轴承内部的动力学特性。结果表明:随着轴承工作转速和载荷的变化,考虑热变形和不考虑热变形时的轴承接触载荷和接触角有显著不同,高速条件下轴承内部的热变形对轴承的动态特性影响巨大,是轴承在正常使用期间出现故障的主要原因之一。