某涡扇发动机齿轮箱组件精密装调技术

分析某涡扇发动机齿轮箱组件的结构特点和装调工艺难点,提出了齿轮箱组件精密装调的关键技术,制定了合理的装调技术方案,采用理论计算和分析、工艺试验等方式开展齿轮侧隙检测、弧齿锥齿轮侧隙调整、接触印痕检测与调整等关键技术研究。通过设计专用测量装置实现了弧齿锥齿轮侧隙检测,研究弧齿锥齿轮侧隙调整方法,进行了侧隙变化量的理论计算并开展工艺试验对理论计算结果进行验证,得到了弧齿锥齿轮轴向位移与侧隙变化量之间的数值关系,为弧齿锥齿轮侧隙调整提供依据。分析了弧齿锥齿轮接触印痕影响因素,采用着色检查进行弧齿锥齿轮接触印痕检测,并开展工艺试验研究接触印痕的调整规律,通过对工艺试验结果进行分析总结并结合锥齿轮接触印痕理论变化规律,得到了弧齿锥齿轮接触印痕调整的半定量规律。通过研究突破了齿轮箱组件精密装调技术瓶颈,完成一台合格产品的装配和调试。     

采用积分温度准则预测航空锥齿轮胶合失效

本文分析了预测锥齿轮胶合失效的积分温度准则的特点;提供了国产航空润滑油的FZG试验结果和航空锥齿轮的胶合温度;并采用积分温度准则对我国现役机种中数十对锥齿轮进行验证计算,所得结果与实际使用情况基本相符。     

中央传动锥齿轮光弹性应力分析

本文用三维光弹性法分析锥齿轮在扭矩和离心载荷下的应力分布。光弹性试验结果表明锥齿轮在两种载荷分别作用下,齿根应力分布是不同的。根据光弹性试验和综合振动试验结果得出如下结论:1.锥齿轮齿槽裂纹并非由起动扭矩引起。2.锥齿轮在高转速下,在槽底的离心应力和振动应力的组合应力是引起齿轮破坏的主要原因。     

弧齿锥齿轮传动试验器动力特性计算及分析

采用弯扭耦合传递矩阵法计算弧齿锥齿轮传动试验器的动力特性,研究弧齿锥齿轮啮合力作用下试验转子动力特性规律,分析试验器轴承受力及齿轮箱振动,各项计算结果与试验结果吻合较好。      

某型涡扇发动机中下垂直锥齿轮辐板断裂排故试验研究

简要介绍了某型涡扇发动机中下垂直锥齿轮辐板断裂故障。在检查与分析的基础上,查明了故障主要原因。为确定与验证锥齿轮故障模式,在试验器上进行故障再现试验及低周疲劳试验。对改进设计后的锥齿轮进行试验验证,取得了满意的结果。     

基于声测法的齿轮行波共振测试方法

针对航空发动机由行波共振导致的中央传动锥齿轮断裂故障，提出了一种基于声测法的齿轮行波共振转速测试方法， 建立了非接触齿轮行波共振测量系统，该测试方法简便易行，不需要对转子件进行测试改装，直接引出测试部位的声信号进行分 析研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验，研究中央传动锥齿轮行波共振特性，获取了从动锥齿轮行 波共振频率、危险转速范围。通过动应力同步测量试验进行对比验证，结果表明：该测试方法和系统可以精准识别和有效监测航 空发动机中央传动锥齿轮行波共振频率和共振转速，行波共振频率误差小于0.025%，共振转速误差小于0.018%。该方法同时适 用于其它齿轮和盘轴的行波共振故障分析，为相关类型齿轮共振试验及故障诊断提供了一种非接触、长时间监控疲劳试验的测量 方法。     

弹性支承下弧齿锥齿轮齿面接触特性的理论与实验研究

航空发动机采用弹性支承后,转子弹性变形会造成主传动弧齿锥齿轮相对位置的变化,从而影响齿面接触性能。针对某型涡喷发动机转子系统,分析求解了弹性支承下齿轮安装处的变形,并将其等效地转化为齿轮副间的安装距偏差,在此基础上,完成了弧齿锥齿轮齿面接触特性分析。在转子系统模拟试验台上,对发动机主传动锥齿轮接触性能进行了实验研究。分析与实验结果同时表明支承刚度对齿面接触区和传动误差皆有很大影响。     

航空发动机锥齿轮故障诊断技术研究

通过在锥齿轮相对应的附件机匣壳体上固定加速度传感器,在发动机试车过程中采集锥齿轮振动信号,识别特征信号,运用时频分析法、低秩稀疏分解算法、稀疏正则算法、谱峭度法分别对锥齿轮故障特征信号进行分析处理,通过比较分析,表明低秩稀疏分解算法能够有效滤除噪声和谐波干扰信号,增强故障特征信号的显著性,识别锥齿轮潜在故障,解决了锥齿轮微弱振动信号难以分离和识别的技术难题,实现了航空发动机锥齿轮故障诊断,保证了锥齿轮工作可靠性和安全性,为航空发动机锥齿轮故障诊断提供了新方法。     

基于齿廓修形的锥齿轮再制造技术

锥齿轮是航空发动机传动系统中的重要组成部分,在使用过程中容易产生齿面磨损、齿面点蚀、齿面剥落、齿面胶合等故障。文中分析了锥齿轮故障原因及再制造可行性,构建了锥齿轮的再制造判别标准,制订了以齿廓修形技术为核心的锥齿轮再制造工艺方法。通过检测渗碳层深度、硬度,试验验证,齿轮装配检查,台架试车考核表明：再制造的锥齿轮渗碳层深度、显微硬度符合设计要求,齿轮啮合间隙、着色印痕以及试车后齿面金属印痕均符合技术要求,装机试用的锥齿轮传动平稳,啮合性能好,产生的振动和噪声小。再制造成本仅为新品的11.3%,节能效果为86%,节材78%,取得了显著的经济和社会效益,具有广阔的应用前景。     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

Determination of natural frequencies and vibration modes of a constant thickness centrally secured disk

The results of experimental and numerical studies of natural frequencies and vibration modes of a centrally secured circular plate of constant thickness are presented. The studies are carried our using the interference holography and finite element methods and the results are considered as guiding lines for determining vibration characteristics of real disks.     

Investigation of resonant modes and frequencies of plate vibrations as applied to turbomachine blades

The results of experimental and numerical investigations of resonant vibration frequencies and modes for rectangular cantilever plates of constant thickness are presented. The investigations are carried out using the methods of interference holography and finite elements, and the results may serve as basic references in determining resonant frequencies and modes of compressor and turbine blade vibrations.     

桨毂动力特性的数值模拟与实验模态分析

桨毂动力特性用八节点三维等参元与子空间迭代法进行数值模拟;进行了实验模态分析,从而确定了桨毂前六阶的固有频率及其对应的振型。      

具有随机参数的周期性结构振动分析的谱方法

为了探讨整圈连接的涡轮叶片组内各个叶片的制造偏差对叶片组振动的影响,本文利用一个具有周期性随机参数的结构模型来近似地模拟叶片组结构,并提出了分析这种结构的振动的一种谱方法。假定结构参数的标准差为微小量,因而可应用摄动法。将周期性随机结构参数展开成付氏级数,从而求解结构的自由振动和受迫振动,求得结构的频率和振型,以及共振振幅及其方差估计。论证了主振型的正交性,分析了此结构共振的特殊条件。算例表明,分析结果与实验结果具有相同的量级。     

涡破裂诱导的垂尾抖振气动弹性分析

通过试验方法分析了三角翼前缘分离涡与垂尾抖振之间的关系,深入研究了尾迹流动对垂尾抖振各阶模态的激励作用。计算得到了垂尾模型固有频率及各阶模态。在风洞试验中,应用激光片光烟流场显示技术,得到了三角翼模型在风速为30 m/s下,各迎角的涡结构;使用加速度传感器测量了垂尾翼根和翼梢的抖振响应;使用热线风速仪测量了垂尾翼根和翼梢位置的脉动速度分量。结果表明:前缘涡破裂后产生的高湍流度的尾迹是垂尾抖振的直接原因,抖振边界与涡破裂的强度和位置有关;涡破裂后尾迹与垂尾产生共振,使得抖振加速度响应频率与垂尾固有频率一致;涡破裂后,在较小迎角下,尾迹对垂尾的高频振动模态的激励较为明显,在较大迎角下,涡破裂流动对垂尾低频振动模态的激励加强了。     

求解结构动力逆问题时参数敏感性分析方法

敏感性分析在求解结构动力逆问题、自动控制、故障诊断、网络设计、工程测量等方面都有重要用途,它也是结构优化设计方法的基础。为使结构具有事先给定的振频和（或）振型而对它进行振动设计或动力修改时,首先就应当寻求其敏感元件或敏感位置,以避免遗漏一些满足要求的结构布局。     

Higher-order vibration of thick composite and sandwich plates based on an alternative higher-order model

The transverse stretching vibration of thick sandwich plates, which is attributed to largely different stiffness at the adjacent layers, is a challenging issue, and efficient approach for such issue is less reported in the published literature. Thus, natural frequencies corresponding to stretching vibration modes are generally neglected in engineering design, which might impact structural safety as frequencies of the exciting force are close to transverse stretching vibration frequencies. This paper proposes an alternative higher-order model for dynamic analysis corresponding to the higher-order vibration modes. The proposed model is classified in the displacement-based equivalent single-layer theory, as the number of displacement parameters in the proposed model is independent of the layer number. The continuity of displacements and transverse shear stresses can be fulfilled at the interfaces between the adjacent layers of structures. To demonstrate the capability of the proposed model, typical examples are analyzed by utilizing the proposed model, the three-dimensional finite element method and the chosen higher-order models. By comparing with the exact three-dimensional elasticity solutions, it is found that the proposed model can yield more accurate natural frequencies corresponding to the higher-order displacement modes than the selected models. Moreover, the factors influencing reasonable prediction of the higher-order frequencies are investigated in detail, which can provide a reference for the accurate prediction of the higher-order frequencies.     

热环境下结构固有振动特性试验及分析

高超声速飞行器在气动热环境中,其固有频率和振型会受温度升高的影响而发生变化,从而其颤振特性也要发生改变。本文建立了适用于工程应用的飞行器翼面结构热模态试验方法及试验装置,为验证该方法的有效性,针对高超声速飞行器翼面结构特征,设计和制造了钛合金翼面盒段试验件,测试了高温环境翼面热模态。开展了单面加热、双面加热、温度呈梯度分布加热和随时间变化加热等几种加热方式对比试验,试验结果表明,温度升高对结构模态特性影响明显;且该试验方法具有很高的工程实用价值,可应用于飞行器翼面结构热模态试验;同时,建立了试验件有限元模型,开展了热模态分析,对试验结果和分析结果进行了对比分析和讨论,结果具有较高的一致性。     

大涵道比涡扇发动机风扇叶片振动模态分析

对大涵道比涡扇发动机而言,风扇叶片承受较大的离心负荷和振动负荷,振动故障尤为突出。为了研究风扇叶片自身的振动特性,针对风扇叶片进行有限元建模,计算了凸肩自由和凸肩约束两种工作状态下叶片的固有频率和振型。结果表明发动机转速及凸肩状态对叶片固有频率有显著的影响,对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的振动特性研究具有重要的参考价值。     

Inverse method in tilt-rotor optimization

Tilt-rotor aircraft performance in hover and forward flight modes is optimized using the stiffnesses of the rotor blade as design variables. The performance in both flight modes is maximized simultaneously using a combined objective function. Aeroelastic analysis is based on mixed variational formulation for dynamics of moving beams along with finite-state dynamic inflow theory. Stiffnesses of an extension-torsion coupled and a fully coupled box beam are chosen as design parameters. Constraints are imposed on non-rotating natural frequencies of the beam, angle of attack and material failure. Based on the optimized stiffnesses, different composite materials for the rotor are studied to obtain a maximum performance in both flight regimes. Results show that significant improvements in the tilt-rotor performance are possible using optimally stiffened beam. The key stiffnesses affecting the performance of the rotor are identified.