转子热弯曲振动试验研究

模仿某型发动机涡轮转子,研制了悬臂式热弯曲振动试验器,进行了热弯曲温度场测量、热弯曲变形试验、热弯曲振动响应试验,试验结果与采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应相比较,理论值与实验值吻合较好。      

某型发动机转子热弯曲变形及其影响数值分析

采用有关文献提出的数值分析方法,对某型发动机转子的热弯曲变形及其影响进行了定量分析,得出了一些可供工程实际参考的有益结果。首次在发动机转子轴对称稳态温度场的基础上,借助热弯曲实验器实验结果,产生一个非轴对称温度场,用三维热弹性有限元法计算其热弯曲变形,采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应。上述方法在热弯曲试验器分析中均得到了验证。实践表明这是一种分析航空发动机热弯曲及其影响的简便可行的数值分析方法。      

转子热弯曲瞬态温度场研究

研究转子在停止加热后，在自然对流换热过程中转轴的瞬态温度场，为热弯曲变形分析提供了依据，以双环式实验器为对象，采用SIMPLE方法计算换热系数，用三维有限元方法计算转子瞬态温度场，计算结果与实验结果吻合较好，因而，这种方法可用于分析发动机转子在停机后的温度变化规律。     

降低航空发动机转子热弯曲及其影响方法研究

本文研究降低航空发动机热弯曲振动方法,采用三维有限元法计算航空发动机轴热弯曲变形,采用传递矩阵法计算转子的不平衡响应及热弯曲响应。采用有限元素法进行倾斜轴承滚子受载分析。着重研究支承结构因素对热弯曲振动响应的影响,从而在转子一支承系统设计或改型设计阶段采用本文推荐的方法,降低航空发动机转子热弯曲振动及其影响。     

防止和减少航空发动机热弯曲故障方法的研究

阐述了航空发动机转子产生热弯曲故障的机理,计算了热弯曲试验转子在改变支承刚度,缩短支承间距离,增大轴的外径,减小盘的悬臂距离等因素下的热弯曲响应,并提出了防止和减少航空发动机热弯曲故障的方法。     

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。     

长拉杆-止口连接弯曲刚度损失及对转子系统振动响应影响

航空燃气轮机为了实现高负荷、轻质化的追求,在转子结构设计中,趋向于提高转速和加大长径比。这使得转子系统弯曲模态临界转速降低,转子在工作转速范围内不可避免会产生一定的弯曲变形。转子弯曲变形会影响连接结构界面接触特性的变化,使其连接结构局部弯曲刚度产生损失。因此,对于工作转速靠近弯曲临界的高速转子系统,需要考虑连接结构界面接触状态变化对转子系统振动特性的影响。以高负荷的长拉杆-止口连接转子系统为对象,分析连接界面接触应力分布特性,提出连接结构弯曲刚度损失修正方法,以此为基础建立界面连接转子动力学模型。通过对止口连接三级轴流压气机转子结构动力学特性的仿真和试验研究表明,在靠近弯曲振型临界转速下,转子连接界面接触状态的变化会产生弯曲刚度损失,对转子动力学特性具有显著影响。     

涡轮转子无螺栓挡板过渡态热固耦合响应分析

采用有限元方法间接耦合方式分析航空发动机涡轮转子过渡态热和变形响应,获取无螺栓挡板过渡态热与机械载荷共同作用下涡轮转子的温度场、变形和应力历程。结果表明,过渡态下的无螺栓挡板与涡轮盘径向配合面受力及挡板自身应力分布均与稳态下的差异明显,且过渡态无螺栓挡板应力峰值大于所有稳态值。为保证涡轮转子无螺栓挡板过渡态下工作安全可靠,应关注其过渡态响应特性。此结论可为航空发动机涡轮转子无螺栓挡板过渡态响应分析与无螺栓挡板设计提供工程参考。     

基于非线性几何场论求解热弹性板大挠度弯曲的BEM法

基于理性力学非线性几何场理论,建立了热弹性薄板等效速率形式的Ｋａｒｍａｎ方程,通过将热弹性薄板大挠度弯曲问题看成平板弯曲问题与平面大变形问题的耦合,在固定坐标系及拖带坐标系上推导出两组边界积分方程,从而建立起新的分析热弹性薄板大挠度弯曲的边界元法。算例表明本文方法理论可靠、精度高。     

激光加工工艺参数对板科弯曲角度的影响

提出用激光能量密度描述激光加工工艺参数之间的耦合作用对板料弯曲角度的影响,通过试验研究了激光能量密度对板料弯曲角度的影响规律,并得出输出功率对其影响最大的结论。激光加工技术是先进、高效的制造手段,在航空、机械及国防工业等部门已经或有望得到广泛的应用。激光切割、焊接、表面改性处理、激光原型加工等方法已为人们所熟悉,而极料激光成形技术则处在起步阶段。它是一种利用激光扫描金属薄板,在作用区厚向瞬间产生强烈非均匀的温度场和热应力场,致使极料发生塑性弯曲变形的新型无模具成形方法,是激光非熔凝热加工方法的一…     

转子初始弯曲对航空发动机振动的影响

针对某型发动机地面性能调试试验中所表现的振动特征，推测高压转子工作状态不佳为振动异常的可能原因。对发动 机分解检查时发现高压压气机后轴存在跳动超差的现象。更换满足要求的后轴后，发动机未再出现类似异常振动，证明振动分析 的正确性。为探索该弯曲转子在发动机动平衡及真实运转过程中的力学表现，利用带初始弯曲的Jeffcott转子对目前低速动平衡 的原理进行了推导，说明了低速动平衡不能消除转轴存在初始弯曲对振动的影响。结合有限元仿真分析，对带初始弯曲的转子响 应进行了计算，结果表明：若初始弯曲偏大，会显著加剧转子自身在临界转速附近的振动响应，给转子的安全稳定运转带来巨大的 风险，控制转子的初始弯曲量级对控制整机振动具有重要意义。     

热气动弹性变形对飞行器结构温度场的影响研究

气动加热造成的结构温升可能造成飞行器结构失效从而带来安全隐患。准确预测结构温度场在高超声速飞行器热防护系统与结构设计中显得尤为重要。气动热与传热耦合是提高结构温度场预测精度的有效手段,经长期研究与发展,不管是耦合方法研究还是实际工程应用都已开展了大量工作。但这些研究工作均未考虑结构变形对气动加热和结构温度场的影响。而在实际飞行过程中,特别是长时间飞行后,结构变形对结构温度场的影响往往是不能忽略的,对气动力/热环境也都有直接的影响。本文以飞行器静热气动弹性计算方法为基础,对高超声速飞行器机翼模型进行了考虑热气动弹性变形影响的气动热与传热耦合计算,并与不考虑变形对热环境影响情况的计算结果进行了对比分析。结果表明,虽然对于大面积区域变形对气动热/结构温度场的影响较小,但对于热防护结构重点关注且精度要求较高的前缘驻点附近区域计算结果变化明显。由此,也说明了考虑弹性变形对结构温度场预测的重要性。该研究工作为进一步提高飞行器结构温度场预测精度和结构热安全性能评估能力奠定了基础。     

一种转子空间弯曲轴线的测试方法及试验验证

提出了一种转子空间弯曲轴线的测试技术。针对某实际弯曲转子,首先,利用电涡流位移传感器测量转子不同截面的弯曲向量,得到了在同一绝对坐标下的各截面形心相对于旋转中心的弯曲向量;然后,应用三次样条函数拟合了转子的空间几何中心线,再利用Visual C++ 编程调用OPENGL图形函数,对弯曲转子进行了三维实体显示;最后利用百分表测量法和所提方法进行了对比试验。结果表明:所提方法测得的弯曲转子各截面轴心轨迹与百分表测得的各截面轴心轨迹基本一致,拟合圆结果也基本重合,其中截面1、截面6的拟合圆结果虽有轻微误差,但误差在可允许范围以内,由此验证了该方法的准确性和可行性。      

考虑接触热阻的非连续转子快速启动热分析

针对燃气轮机转子非连续性的结构特点,通过考虑粗糙表面的接触热阻,建立了螺栓联接结构的热 结构耦合分析模型。研究了快速启动过程中轮毂间接触面上的温度分布及最大应力的变化规律,并分析了表面粗糙度和预紧力等接触参数对接触面间的温度分布、拉紧力及最大应力的影响。结果表明:热冲击下粗糙表面间的接触热阻对接触面的温度分布及最大应力影响明显,接触参数对螺栓联结结构的温度场、应力场及热变形特性影响较大。研究成果可为燃气轮机转子设计、热致振动分析及故障诊断提供理论依据。      

单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过程以及应力/温度谱等.利用该试验系统进行了单晶涡轮叶片考核截面的热机械疲劳试验,试验结果再现了涡轮叶片在服役状态下的失效模式.基于上述试验结果可以进行涡轮叶片的寿命预测和失效分析.      

叶根缘板过渡处特征模拟件双轴弯曲振动疲劳试验研究

摘要：针对转子叶片叶根缘板过渡处高应力比弯曲振动疲劳问题,采用转子叶片结构细节刻画方法设计了特征模拟件,实现了对叶根缘板过渡特征的几何刻画和应力分布模拟。基于模态差异化方法,设计了试验夹具及调频质量块。搭建了模拟件双轴弯曲振动试验系统,试验过程中试样处于高频弯曲振动状态下（>1kHz）,测得的试样考核点弯曲应变幅稳定,所搭建试验系统实现了轴向拉伸-高频弯曲振动的转子叶片典型双轴载荷施加。试样宏观断裂位置与有限元计算最大应力点一致,对断口进行了宏/微观分析确定了试样断口疲劳源与裂纹扩展特征,证明采用结构细节刻画方法进行试样设计的合理性及所搭建试验加载系统可行性。     

进口热斑对涡轮级影响的非定常数值模拟

通过求解二维N-S方程对涡轮级进口有温度畸变时的流场和温度场进行了非定常数值模拟。由于叶排间的相互运动,使叶片表面压力和叶栅通道内的流场呈周期性地变化;当涡轮进口有热斑时,热斑中的气流总温要高于周围气流温度,在通过涡轮级时,热斑中的高温气流会向转子压力面上迁移,导致转子压力面上产生热点。热斑的存在对涡轮级中的压力分布影响很小,但是严重影响温度场的分布。同时进口热斑相对导叶的位置对叶片表面温度的分布也有很大影响。      

接触特性对非连续性转子热致振动的影响

针对燃气轮机转子的非连续性结构间存在的接触特性,根据微凸体理论引入接触刚度和接触热阻的等效模型,建立了某型燃气轮机非连续性转子的动力学模型,分析了接触参数对转子稳、瞬态动力学特性的影响,研究了螺栓松动引起的转子热变形及其对转子快速启动过程中振动特性的影响.结果表明:预紧力、接触面的表面粗糙度和螺栓个数对转子临界转速有一定的影响,螺栓松动导致转子在启动过程中瞬态热变形最大达到7μm,过1阶临界转速时引起的转子最大响应幅值增大约30μm.在非连续性转子系统的热致振动特性分析当中,不应忽视接触参数、接触刚度和接触热阻的影响.      

畸变进气下叶片弯曲对某转子叶尖区域流场的影响

以跨声速轴流压气机NASA转子11为原型进行周向弯曲改进,对得到的周向弯曲转子与原型转子内流场在相同的进出口条件和设计转速下进行了非定常数值模拟,结果表明:在一个非定常周期的不同时刻,弯曲叶片叶尖前缘压力面与吸力面静压差都小于原型转子,弯曲转子叶尖处低轴向速度气流团的位置相比原型转子更靠近出口,同时弯曲叶片吸力面附面层内的低能流体更不容易向叶尖区域迁移。     

机床热变形误差的混合输入动态模型

分析了影响机床温度场因素。在切削热较小的情况下,机床主轴箱附近的温度场主要受主轴转速的影响,而环境温度的变化等其它因素对其影响较小。在此基础上提出一种机床热变形误差的混合建模方案,即同时采用温度场和机床的主轴转速为模型的输入,这样即可在保证模型预报精度的前提下减少温度测点数量,以方便应用,又可提高模型的可靠性。