柔性转子动力学特性及支承结构安全性设计

叶片飞失极限状态下,航空发动机转子系统承受冲击载荷和大不平衡载荷,载荷通过转子结构传递到支承结构,对支承结构造成严重损伤。从安全性的角度看,需要对航空发动机轴承-支承结构在极限载荷下的承载能力进行有效的定量评估。提出一种新型缓冲阻尼支承结构,通过对支点刚度突降和高阻尼设计,实现在止推轴承支点处大幅降低横向冲击载荷的影响。建立考虑支承结构刚度突变和阻尼特性的转子系统动力学方程,并计算突加不平衡激励下,转子系统支点动载荷分布的变化规律。结果表明:通过优化设计支点刚度和阻尼参数,缓冲阻尼支承结构,能够有效降低突加不平衡激励下止推滚珠轴承的支点动载荷,提高支承结构的安全性。     

航空发动机高压转子试验模型的动力学相似设计

为了获得能够替代航空发动机转子原型进行动力学试验的模型,提出了发动机转子系统试验模型的动力学相似设计方法。采用相似理论推导了转子系统缩比模型的动力学相似准则,继而建立缩比模型与原型的动力学相似关系。通过动力学优化方法对转子缩比模型的动力学等效模型进行修正,目标函数由固有频率、临界转速和振型组成。以双转子发动机高压转子系统的动力学相似设计为例,通过有限元仿真对设计方法的有效性进行了验证。结果表明,在设计转速范围内,动力学相似模型与原型的前两阶临界转速相似误差分别为3.92%和0.86%,对应振型的相关性均大于0.98,且模型与原型的模态应变能分布基本一致。通过该方法获得的动力学相似模型能够较好地预测原型的动力学特性,并有效降低模型试验的成本和难度。     

常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性

研究了常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性.考虑裂纹单元截面中性轴的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用有限元法建立了常开空心轴裂纹转子系统的动力学方程.采用谐波平衡法对方程进行求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和亚临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对该系统的临界转速的影响,表明位于跨中靠近惯性量较大圆盘的深裂纹对常开空心轴裂纹转子系统的影响大,临界转速下降快;计算了该系统在亚临界转速时的非线性振动响应,结果表明:亚临界转速下常开空心轴裂纹转子系统会发生超谐共振现象.所提出的空心轴裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导.      

航空发动机转子热弯曲稳态响应计算方法研究

研究航空发动机多转子系统热弯曲稳态响应计算方法，导出能计及诸多因素的热弯曲复数传递矩阵，给出热弯曲振动位能计算方法，并将系统位能作为热弯曲振动水平的一种衡量指标。建立了多转子系统热弯曲稳态响应和不平衡响应计算通用程序，计算了Jeffcoff转子、单转子试验器及多转子发动机系统等多种算例的热弯曲稳态响应及系统位能。并与不平衡响应规律进行比较分析。本计算方法有较大的工程应用价值。     

支承松动的转子系统动力学模型及其故障诊断方法

针对滚动轴承转子系统支承松动故障 ,考虑了松动间隙的非线性情况 ,以转子动力学、Hertz接触理论和非线性动力学理论为基础 ,建立了转子系统的动力学模型。对转子系统动力学方程在松动故障和无故障情况下分别进行数值积分 ,得到两种情况下轴承座 (有故障时为松动端 )上的振动仿真信号。利用频谱和小波变换对所获振动信号进行了处理 ,并将结果进行了分析 ,得出小波变换不但能很好地诊断滚动轴承—转子系统的支承松动故障 ,而且比 Fourier变换在更低转速下诊断出转子系统的支承松动故障      

脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计

为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机,根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。基于有限元法建立 了该转子系统的理论分析模型,采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。 将在临界转速处转子的振动幅值最小化作为优化目标,以转子系统各阶临界转速与发动机慢车转速及工作转速之间的裕度作为 约束条件,结合转子强度的相关要求,基于NSGA-II多目标优化算法对转子系统的支承位置、刚度及转子结构的几何参数进行了 优化设计。结果表明：优化后的转子-轴承系统满足总体设计要求,临界转速与工作转速之间的裕度超过20%,且保证了前3阶临 界转速对应的振动幅值最小化。研究方法和结果可为脉冲爆震涡轮发动机转子系统结构设计和优化提供参考。     

带套齿连接结构的转子系统振动稳定性实验研究

为了研究带套齿连接结构的转子系统振动稳定性,推导了套齿连接结构的内摩擦力表达式,由此求解了转子系统振动失稳的条件.设计并搭建了带柔性和刚性两种不同套齿连接结构的实验转子系统.实验研究了带不同套齿连接结构的转子系统振动的稳定性.实验发现,带柔性套齿连接结构的转子系统易于发生由内、外套齿齿面间内摩擦所引起的振动失稳.失稳的...     

多元连杆多种冲击方式载荷及响应特性分析

为了获取并分析多元连杆的冲击力以及各传力路径上的应变响应特征,采用气炮、悬臂落锤、液压等3种冲击加载方法对发动机多元连杆进行冲击加载。对冲击力和冲击应变响应曲线进行了时间域和频率域的特征分析,获取了冲击力和应变响应的波形特征和频谱特征。通过与静载应变响应的对比获得动静响应系数,以及动静响应系数随波形宽度的变化规律。结果表明：在气炮、悬臂落锤、液压等3种冲击力的波形特征近似的情况下,在频谱上反映出各自不同的频率成分。在各传力路径上的冲击应变响应,除了响应幅值不同外,其余波形特征如峰值特征和频谱特性均较为一致。各应变之和作为连杆冲击力测试方法的表征参数,随波形中高频成分的增多,动静响应系数逐步增大。在进行多元连杆冲击载荷标定时,需要充分考虑所测试冲击力的载荷特征,选取合适的冲击载荷标定或者静载荷标定方法。     

挤压油膜阻尼器转子系统非线性动力特性分析

为了对挤压油膜阻尼器（SFD）-转子系统非线性动力特性进行分析，提出了油膜力数据库方法，即将挤压油膜阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围从（-∞, ∞）转化到（-1, 1)，给定阻尼器的长径比，用有限差分法建立了挤压油膜阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库，直接或通过插值求得对应运动状态下的非线性油膜力，从而有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。实际算例计算结果表明，该方法无论在速度还是在精度上都能满足要求，对实际转子系统的动力特性分析及优化设计具有一定的应用价值。     

航空发动机转子系统结构效率评估参数及计算方法

根据航空发动机转子系统的结构特征和力学特征,提出了从结构的承载能力、抗变形能力和动力学环境适应能力3个方面进行结构效率评估的参数体系及其计算方法,并以典型小涵道比涡扇发动机转子系统为例进行了结构效率评估参数的计算分析.研究表明:平均应力系数、等效比刚度、极限惯性载荷作用下最大变形量、无量纲M-H因子和弯曲应变能系数等作为评估航空发动机转子系统结构效率的评估参数能够有效地反映各种载荷作用下结构形式和材料性能对应力水平、变形分布以及动力敏感度的影响.同时指出了该发动机转子系统现有结构设计的特点,以及进行结构优化的方向.      

惯性非对称转子系统动力特性及安全设计策略

本文旨在分析惯性非对称转子结构的动力特性,主要包含多频特性、稳定性,并针对转子的失稳提出相应的安全设计策略.建立惯性非对称转子模型及其动力学方程,通过Hill无穷行列式建立非对称转子模态特性分析方法,分析惯性非对称转子系统的模态频率、稳定性;计算减速过程中转子的响应特性,进行试验验证并提出惯性非对称转子系统的安全性设计...     

转子系统套齿结构动力学设计方法研究

对转子系统套齿结构进行了动力学分析,运用接触有限元方法建立了转子系统套齿结构的计算分析模型;研究了定位面间距、定位面配合紧度和接触面积等结构参数以及载荷对套齿结构连接刚度和接触状态的影响规律;在此基础上提出了套齿结构的动力学设计方法,包括连接刚度设计方法和接触状态设计方法;对某型发动机涡轮转子套齿结构进行了计算与分析,验证了所提出的套齿结构动力学设计方法的可行性。     

超高速转子系统动力学特性(II):碰摩转子

为排查超高速转子系统碰摩故障的原因,利用混沌、分岔理论,研究了碰摩转子动力学特性。以实际转子结构为对象,建立物理模型,由拉格朗日(Lagrange)法建立系统动力学方程并数值求解,结合分岔图、轴心轨迹、相图、Poincare映射等手段,考察了碰摩转子的动力学行为及系统参数变化对其动力学特性的影响。研究结果表明:质量盘之间的动力耦合效应较弱,有利于系统稳定性;既定转子结构不致引起高速混沌状态进而导致碰摩。研究内容为探求故障原因提供了依据,所涉及的故障分析方法和过程可作为系列化微型涡喷发动机设计的参考。     

带套齿联轴器的转子系统动力学特性研究

针对大涵道比涡扇发动机低压转子中套齿式刚性联轴器结构,建立了套齿联轴器的力学模型和通过套齿联轴器连接的试验转子系统,通过动力学特性计算选择合适的支承刚度,以满足一阶、二阶临界转速的设计要求。理论分析和试验研究了轴向螺母拧紧力矩对套齿连接刚度以及对转子系统的临界转速、振型和不平衡响应等动力学特性的影响规律。结果表明:轴向螺母拧紧力矩会增大套齿联轴器的连接刚度,并且呈现明显的非线性特征。随着轴向螺母拧紧力矩从60N?m增大到120N?m,转子系统的一阶与二阶临界转速增长率分别为1.23%与0.51%;对应的不平衡响应幅值不同程度地增大;而对应的振型基本保持不变。改变不平衡量的轴向与周向位置会导致不平衡响应幅值大小及其变化率有所不同。     

直升机旋翼非定常气动力及结构动力响应计算

以二维非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为模型方程,采用Ｊａｍｅｓｏｎ有限体积并引入变系数隐式残值光顺及固接网格计算了直升机旋翼不同展向位置处翼剖面的非定常气动力,进而采用插值的方法模拟直升机在悬停及前飞状态下,旋翼的桨叶所受的非常气动力载荷,并将之与桨叶的结构振动方程相耦合,求解其时域内的结构响应,非定常下气动力计算结果与实验结果做了对比,两者比较吻合,旋翼结构响应计算结果合理。     

前飞状态旋翼动稳定性及自由度间相互作用研究

为研究直升机在前飞状态下的稳定性,建立了前飞状态下旋翼的结构模型、气动力模型和平衡方程组。对方程组的周期系数处理以及前飞时的相关参数对旋翼动稳定性的影响等进行了研究。在前飞动稳定性分析中引入动力入流自由度。从分析各个自由度间的相互作用入手揭示旋翼动不稳定性的物理本质及影响因素。      

柔性转子动力特性研究

以某涡扇发动机低压转子为对象,采用有限元方法分析了支承刚度、支承轴向位置、陀螺力矩对柔性转子动力特性的影响,得出了有意义的结论,可为柔性转子结构动力特性的设计提供参考     

球柔性旋翼的动力学特性设计与试验评估

本文介绍了球柔性旋翼的动力学设计思想与设计程序、动力学特性设计要求、设计分析、旋翼塔试验与相关性分析和飞行试验评估和改进设计,通过上述的设计与试验评估,球柔性旋翼的动力学特性满足了技术要求,实现了动力学特性的合理配置。