开式转子发动机齿轮传动系统设计技术研究

等速对转行星齿轮传动系统是对转风扇开式转子发动机的关键技术。与齿轮驱动单级风扇(GTF)发动机的行星齿轮传动系统相比较,该系统的结构更为复杂,工作条件更恶劣。本文以对转风扇开式转子发动机齿轮传动系统概念设计为基础,开展了行星齿轮传动系统初步设计、齿轮疲劳强度分析、行星轴承寿命分析和传动系统润滑设计技术研究,为开式转子发动机的发展提供参考。     

齿轮驱动涡扇发动机结构设计特点分析

随着齿轮驱动涡扇（GTF）发动机进入航线运营日期的临近,业界对这种新型航空发动机的关注度逐渐提高。简要分析了GTF发动机相对于传统涡扇发动机在总体结构、低压部件和滑油系统设计等方面的新特点,指出了增加减速齿轮箱对低压分离式转子设计、低压转子支承和传力路线设计、高速低压涡轮设计和狭小空间润滑等技术的挑战。     

PW8000齿轮传动的涡扇发动机计划

1998年2月,P&W公司启动了一项研制PW8000发动机的计划。最初PW8000发动机是一台以PW6000核心机和菲亚达公司研制的齿轮箱技术为基础、推力为11000～15000kgf(25000～350001bf)的齿轮传动风扇的发动机,计划于1999年首转,2002年投入使用。近来,P&W公司扩展了PW8000计划,又提出以PW2000核心机或全新的核心机研制推力为27200kgf(600001bf)的中等推力的齿轮传动风扇的涡扇发动机。     

GTF发动机行星齿轮传动系统设计技术研究

行星齿轮传动系统作为齿轮驱动风扇(Geared Turbofan,GTF)发动机的关键部件,其传动功率大、空间结构紧凑、工作条件恶劣。为突破该部件设计关键技术,并为国内GTF发动机结构设计积累经验,在GTF发动机齿轮传动系统概念设计的基础上,开展了其初步设计,对齿轮进行疲劳强度分析;采用齿轮宏观参数优化和微观修形设计方法,提高齿轮承载能力,减小传递误差,改善齿轮接触区应力分布,提高齿轮传动系统的运动平稳性。     

PW8000计划在1999年首次运转

据英国《国际飞行》1998年2月25日～3月3日报道,普惠公司研制的由齿轮传动的新型ＰＷ8000涡扇发动机预计在1999年初首次运转,最早将在2002年进入服役。ＰＷ8000采用了最初为ＡＤＰ(先进管道推进器)研制的齿轮箱技术。与旨在获得更高推力的ＡＤＰ不同的是,ＰＷ8000的推力范围在110～155ｋＮ。ＰＷ8000发动机还将采用ＰＷ6000核心机的技术。ＰＷ6000正在研制中,适用于支线喷气飞机。普惠公司的ＰＷ6000及ＰＷ8000联合对80～180座飞机发动机市场发起了冲击。功率为23840千瓦的齿轮箱将驱动直径为1.93ｍ的风扇,产生11∶1的涵道比。大的风扇直径…     

风扇叶片丢失激励下转子-支承系统结构安全性设计策略

以高涵道比涡扇发动机风扇叶片丢失载荷激励下的转子-支承系统为研究对象,提出了一套结构安全性设计策略,即通过支承方案与载荷分配、变刚度支承结构和支承结构变形控制,结合转子结构动力学特性设计,实现转子结构安全性设计.研究表明:风扇后支点采用变刚度支承结构设计,能够在转子减速停车过程中减小风扇局部振动临界转速与相应振幅.通过设计滚珠轴承支承锥壳锥角,能够使支承具有较高的轴向承载能力并减小转轴变形对滚珠轴承的影响.轴承座底部与转轴间采用鼓形配合面连接设计,能够在大弯矩作用下通过配合面相互滑移避免支承随转轴变形,保证轴承安全.研究结果可为恶劣载荷作用下高涵道比涡扇发动机结构安全性设计提供依据.      

基于CFD的风扇驱动齿轮箱流场和温度场特性分析

建立了GTF(geared turbofan)发动机风扇驱动齿轮箱仿真模型,采用RNG(renormalization-group) k -ε湍流模型和MRF(multiple reference frame)模型对风扇驱动齿轮箱内部流场和温度场进行了数值模拟。结果表明:在齿轮箱外啮合啮入、啮出位置,由于分油盘喷油口所在的两个倒角平面和流体速度方向垂直,出现了局部的涡流。齿轮箱中行星轮齿面温度最高,太阳轮其次,内齿圈温度最低。行星轮轴承滚子温度高于轴承内、外圈,行星轮轴承内圈采用环下润滑冷却方式,轴承内圈温度较低,行星轮轴承外圈温度受行星轮齿轮本体温度的影响,比内圈温度高。行星齿轮轮齿沿齿宽方向中间位置有一个温度峰值。沿齿高方向,靠近行星轮齿顶位置有一个较高的温度峰值,靠近齿根位置有一个相对较低的温度峰值。     

齿轮传动涡扇发动机简介

概念:风扇与低压压气机之间装有一种新型减速器,使风扇、低压转子均在最优转速下工作,使得气动损失和噪声都较低,从而大大提高推进效率。结构特点:齿轮传动涡扇发动机(GTF)在风扇和低压压气机间引入减速齿轮箱,目的是使低压转子在效     

齿轮传动风扇发动机转子系统结构与动力学分析

考虑齿轮传动风扇发动机(GTF)风扇转子与低压转子的耦合关系,提出了转子系统简化整体模型,针对该模型给出了GTF发动机转子系统的临界转速计算方法.揭示了整体模型与单转子模型临界转速计算结果的差异,以及典型力学特征参数对GTF转子系统临界转速与模态特征的影响.计算结果表明:相比考虑耦合关系的整体模型,将风扇转子与低压转子分开计算会导致转子系统固有频率值偏移及部分临界转速丢失;齿轮箱安装支承刚度增大会使得系统临界转速上升,保持安装刚度大小在106N/m量级以下可使系统动力特性较优;传扭轴段刚度与齿轮径向啮合刚度对系统动力特性影响较小.      

齿轮驱动的涡扇发动机即将进行全尺寸试验

由于在风扇和低压压气机之间引人1个减速齿轮箱，齿轮驱动的涡扇发动机（GTF）的各部件都在最优的转速下工作，在不牺牲低耗油率和低排放特性的前提下，可以最大程度地降低噪声。     

两次载荷分流齿轮传动构型的静力学均载特性

为改善面齿轮-圆柱齿轮两次载荷分流传动构型的均载特性,考虑齿轮的中心偏移、轴与轴承的承载变形等因素,依据构型的变形协调条件和力矩平衡方程,建立了传动构型的静力学模型,研究了轴的扭转和支撑刚度对均载特性的影响。结果表明:输入轴扭转刚度对均载特性几乎没有影响;分扭轴扭转刚度取合适的比值,则面齿轮分扭传动级可获得较好的均载特性,但圆柱齿轮分扭传动的均载特性几乎无变化;减小双联齿轮轴扭转刚度或增加双联轴支撑刚度可提高该构型的均载特性。因此,为提高该传动构型的均载特性,轴的扭转刚度和支撑刚度需采用参数匹配的设计方法。     

预应力作用下弧齿锥齿轮的动频率计算

弧齿锥齿轮是航空发动机中的基本元件,常发生共振破坏.运用自主开发的弧齿锥齿轮设计分析系统建立了包含齿轮完整结构的有限元网格模型,并导人ANSYS软件中进行了考虑工作转速和啮合扭矩引起的预应力影响的弧齿锥齿轮动频率计算,结果表明工作转速引起的离心力和啮合扭矩对弧齿锥齿轮的振动频率有一定的影响.     

飞机起落架回转地面载荷特性研究

计算地面回转工况下的回转力矩和回转机轮接地点地面载荷对起落架结构设计有重要意义,以共轴双轮式起落架和四轮车架式起落架为研究对象,通过假设轮胎与地面接触面为椭圆印痕,并应用极坐标二重积分的计算方法,推导出回转力矩计算公式和轮胎接地点地面载荷计算公式,并结合算例将传统方法和本文方法的计算结果进行对比.结果表明:回转力矩随着轮胎压缩量的增加而增加;传统方法得出的回转力矩偏小;对于共轴双轮和四轮车架式起落架,轮胎接地点处的扭矩占回转力矩的比例很小,同时接地点处存在较大的航向、侧向力.     

考虑几何偏心的斜齿轮耦合转子系统振动响应分析

以一个2对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差、齿轮几何偏心等因素的影响,建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型,并将其与转子系统有限元模型进行耦合,建立了平行轴系齿轮转子系统的有限元模型,其中转子系统采用梁单元来模拟,齿轮之间的啮合通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵来模拟,最后分析了静态传递误差、转子质量不平衡、齿轮几何偏心以及三者耦合对系统动力学特性的影响.研究结果表明:齿轮几何偏心对啮合力有很大影响,其作用相当于一个扭矩作用于齿轮.      

高转矩密度磁力齿轮的拓扑结构设计与性能比较

永磁行星齿轮和同轴永磁齿轮是两类具有不同拓扑结构和运行原理的磁力齿轮,采用定量设计比较法设计了具有相同有效体积和永磁体用量的上述两类磁齿轮,并通过有限元分析法对二者的转矩传递性能进行比较研究。研究结果表明,永磁行星齿轮较同轴永磁齿轮有更高的转矩密度和更低的转矩脉动。此外,由于永磁行星齿轮具有更加灵活的运行模式,并且能实现功率分流,使其在混合动力汽车领域有很好的应用前景。加工了一台永磁行星齿轮样机,并搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该拓扑结构的有效性。     

航空发动机主传动弧齿锥齿轮的接触特性研究

依据航空弧齿锥齿轮的加工原理, 建立了弧齿锥齿轮的切齿共轭方程;在考虑误差和支承刚性的条件下, 对航空锥齿轮的接触特性进行了研究, 并分析计算了误差及支承刚性对齿轮副的接触印痕和运动曲线的影响。结果表明:弧齿锥齿轮传动对沿主动轮轴向的偏移和轴间夹角的偏移比较敏感。研究问题的方法和所得的结论, 为高性能航空锥齿轮传动的研制提供了手段和依据。      

半准备机场及双气室减震器设计

机场在未来战争中必然遭受破坏,其局部地区经修复后,形成了半准备机场。这类机场局部地区属于柔性范畴,而且局部表面很粗糙。带有常规式减震器的起落架,在这类机场上起降会出现高的过载,导致起落架及与飞机相连部位过早的破坏。为了适应这类机场使用的特点,本文探讨了双气室减震器的设计思想,并对它的静、动性能及主要参数选择原则作了较详细的对比分析,对道面粗糙度标准、适用半准备机场使用的其它减震器布置方案作了简单的阐述。     

两种不同形式前起落架缓冲与前轮转弯性能对比研究

缓冲与前轮转弯纠偏性能对起落架设计具有重要影响。采用ADAMS软件分别建立支柱式和摇臂式前起落架的飞机刚柔耦合动力学模型,并分别对前起落架的着陆缓冲和转弯纠偏过程进行动力学仿真及对比分析。结果表明:在同种着陆工况下,支柱式比摇臂式前起落架样机在前起落架航向所受合力更大,前轮接地后的俯仰角速度和机头下沉量相差不大;支柱式比摇臂式前起落架样机在更小的操纵力矩、转弯角度和侧向加速度下就会发生飞机侧滑。研究结果可为前起落架的设计和选取提供有益参考。     

全工序法弧齿锥齿轮加工参数计算方法

分析弧齿锥齿轮刀盘的结构特征与切齿运动特点,提出三个参考点的设置方法。以大轮采用展成法,小轮采用螺旋展成法加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,提出了全工序法大轮加工参数的简化计算方法。总结螺旋锥齿轮的一般啮合规律,结合参考点设置方法,利用Free-Form型机床的柔性运动控制特征,建立了小轮的切齿控制优化模型,获得一组最优化的加工参数。以此计算方法开发了设计软件,基于国产全数控锥齿轮加工装备,以一对准双曲面齿轮为算例进行了网络化闭环制造,试验结果显示:齿轮副传动误差幅值达13.2″,两齿面接触区均位于齿面中部、呈内对角,验证了方法的正确性,有效解决了全工序法加工弧齿锥齿轮时双面接触特征同步调整困难的行业难题。      

基于ADAMS的行星齿轮系刚柔耦合仿真局部缺陷识别

针对行星齿轮系在工作过程中出现的局部缺陷,将引起齿轮啮合异常,并导致冲击异常,其特征频率就会发生变化。现用ADAMS与ANSYS建立行星齿轮系的刚柔耦合模型,通过快速傅里叶变换（FFT）得到其啮合力的频域曲线,并分析无缺陷行星齿轮系的特征频率、行星轮齿局部缺陷的特征频率、太阳轮齿局部缺陷的特征频率。仿真结果与理论值吻合,说明了所建虚拟样机模型可靠,得到无缺陷行星齿轮系的特征频率是265.34Hz,行星轮齿局部缺陷的特征频率是17.67Hz,太阳轮齿局部缺陷的特征频率是36.13Hz,可用于识别行星齿轮系的行星轮或太阳轮局部缺陷。对行星齿轮系振动特性、可靠性的研究具有一定的指导意义。