传递矩阵-直接积分法及其应用

本文提出了借传递矩阵法建立“特征盘”的运动方程,然后借直接积分法求解,用以求转子-支承系统的临界转速、振型、不平衡响应、及稳定性分析的方法。导出了在考虑其本身的转动惯量、质量、剪切应力影响下的轴段传递矩阵。以实例说明了借传递矩阵法建立“特征”微分方程组的过程。计算与实测了一个模型转子-支承系统的不平衡响应、临界转速及振型,二者基本吻合。     

航空发动机转子-支承系统的瞬态响应

 本文发展了传递矩阵-直接积分法,把支反力、挤压油膜力及各个轮盘的不平衡力分组单独处理,从而可以在特征盘固定的情况下,综合或分别地研究各个盘不平衡的响应、转子与静子的振动匹配、修改结构及作灵敏度分析;可用于分析转子、支承非对称刚性的系统。为了求转子系统的瞬态响应,还分析、导出了瞬态挤压油膜力,盘、质点在瞬态响应中的传递矩阵等的表达式。本文还附有一双转子支承系统的算例。     

机动飞行时航空发动机转子系统的振动特性

 利用Lagrange方程建立飞机在任意机动飞行条件下具有多盘、多质量和多轴承的不平衡柔性转子系统运动微分方程的一般表达式,然后以一个双盘悬臂柔性转子系统为例用数值方法研究飞机的典型机动飞行对转子系统动力特性的影响。结果表明:机动飞行将使转子运动轨迹的中心偏离原来的轴线,转子系统的振动明显增大,从而可能使转子与定子之间发生局部的碰磨。因此,飞机作机动飞行时,必须考虑机动飞行因素对转子动力特性的影响。     

带挤压油膜阻尼器双盘转子的参数变化对系统响应的影响

研究了涡轴发动机模拟低压转子的动力学响应随系统参数的变化.首先基于涡轴发动机模拟低压转子,建立了弹性支承-两端带挤压油膜阻尼器的双盘转子动力学模型,推导了其运动微分方程.对于这个12维的动力学方程组,采用数值方法进行了求解.研究了转速、两盘偏心及其相位角、两盘质量比等对系统响应的影响.由计算结果可以看出,中间盘和外伸盘的相位差为π时,两个盘的振动响应都达到最小,而当两个盘的偏心相位相同时,其振动响应最大.中间盘的质量越大,两个盘的响应会越大;而当中间盘比外伸盘质量小很多时,系统的振动响应会降低.      

局部旋转惯性对转子系统动力特性的影响

提出了基于质心和惯性主轴空间位置的转子旋转惯性描述方法,推导了旋转惯性载荷在不同运动状态下的完整表达式,建立了考虑轮盘质心横向运动和惯性主轴角向运动的连续梁转子模型及运动微分方程。分析表明：高转速下轮盘具有“质心自动定心”与“惯性主轴自动掰正”的趋势,这种旋转惯性将提高转子系统正进动模态频率,并增大转子支点动载荷,盘-轴连接局部角向刚度是决定其影响程度的关键。在此基础上,解释了高转速下转子支点动载荷随转速提高而持续增大的原因,探究了盘-轴连接局部角向刚度对转子系统固有特性和动力学响应的影响规律,为高转速复杂结构转子动力学设计与振动故障排查,提供了理论支撑。     

航空燃油柱塞泵滑靴静压润滑油膜计算分析

滑靴与斜盘是一对重要的摩擦副,滑靴与斜盘之间的油膜润滑性能对燃油柱塞泵的使用寿命有很大影响.通过数值计算,得到了排油区滑靴油膜厚度与转子转角、斜盘倾角、油池压力、柱塞压紧力之间的变化规律,建立油膜厚度变化的微分方程,给出在吸、排油一个周期内,滑靴油膜厚度的动态变化规律.利用油膜计算方法,可以分析滑靴运动一周,滑靴与斜盘间的油膜润滑状态,从而为合理设计航空燃油柱塞泵滑靴与斜盘摩擦副提供理论依据.      

航空发动机双转子系统“临界跟随”现象的机理及影响

为了探明“临界跟随”现象导致航空发动机振动居高不下的产生机理,建立了考虑中介轴承的双转子动力学模型,推导了双转子发生“临界跟随”现象时参数之间的关系,分析了“临界跟随”状态下转子系统的动力学特性。结果表明:“临界跟随”现象会导致转子系统无法越过盘偏摆振型临界转速,造成转子振动对不平衡质量分布极其敏感,其主要影响因素为盘极转动惯量与直径转动惯量的比值(简称惯量比)以及双转子增速比;当高压盘等效惯量比等于1,或增速比与任意低压盘惯量比相等时,转子系统表现出高压激励条件下的“临界跟随”特征;当低压盘惯量比等于1,或增速比与高压盘等效惯量比的乘积等于1时,转子系统表现出低压激励条件下的“临界跟随”特征。提出了必须严格控制航空发动机叶盘的等效惯量比以及双转子转速控制律的设计建议。      

超高速转子系统动力学特性(I):无碰摩转子

为排查超高速转子系统碰摩故障原因,利用混沌、分岔理论,研究了无碰摩转子系统的动力学特性。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;用四阶龙格库塔(Runge-Kutta)法数值求解方程;结合分岔图、轴心轨迹、相图、Poincare映射等手段,分析了无故障转子系统的动力学行为及系统参数变化对其动力特性的影响。结果表明:该转子系统动力学状态过渡过程不明显,在全转速域内,振动以高频低幅为主,高速时具有良好的动力稳定性;扭振特征不明显;质量盘之间的动力耦合效应较弱,有利于系统稳定性;对于单个质量盘,弯振和摆振具有同步性和耦合性,横向振动和扭振动力耦合效应较弱。研究结果说明,该转子结构在冷态条件下,不致在高速状态下引起混沌运动状态。     

裂纹转子通过参数共振区的瞬态特性

采用主谐波变换将通常的裂纹转子的运动微分方程变为了一种即可求定常运动 ,又便于研究非定常运动的方程。分别针对理想和非理想能源研究了裂纹转子加速通过参数共振区的瞬态振动特性。据此提出 ,转子在 2 ωc/ 3和 2 ωc附近的瞬态振动可能成为诊断裂纹的一种重要依据     

双盘转子系统动力特性分析及优化设计

为了减小双盘转子系统的整体振动,对居中盘位置进行了优化。建立了带悬臂和居中双盘转子系统的八自由度力学模型和运动微分方程,利用Simulink动态仿真系统计算了加速情况下的转子瞬态响应以及双盘转子系统稳态响应的轴心轨迹,分析研究了转速、两盘偏心及其相位角、两盘质量比等对系统响应的影响。利用多学科设计优化软件Isight,采用最优拉丁超立方设计(Optimal Latin Hypercube Design,Opt.LHD)算法和多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm),以双盘扰度均最小为优化目标,以居中盘的位置为优化变量进行了优化,优化后悬臂盘的扰度下降44.6%,居中盘的扰度下降79.9%。     

连续空间离散时间—Riccati传递矩阵积分法

本文提出了分析非线性转子 -支承系统瞬态响应的一种传递矩阵积分法,它借助Newmark差分公式,建立传递关系,使用的传递向量是 {fe} T,而不是以往的 {fe} T;它用Riccati法计算的是各站位的加速度,而不是以往的位移,提高了方法的数值稳定法。本法具有Riccati法的优点,尤其适合于计算含有非线性元件的复杂转子系统的瞬态响应。      

一种计算转子不平衡响应的新方法

建立了以状态方程和转移矩阵为基础的分析方法，以分析复杂转子的不平衡响应。在不必事先确定转子系统固有振型及自振频率的情况下，利用此方法可直接求得转子振动响应的精确解。该方法与传递矩阵法相结合，可容易地求解复杂转子系统的不平衡响应问题。算例分析表明，该方法简捷有效     

SFD用于某导弹发动机的改型研究

以某导弹发动机双转子系统为研究对象，将弹支挤压油膜阻尼器（简称ＳＦＤ）用于内转子进行了动力特性分析。应用传递矩阵和线性迭代方法，分别计算了发动机用与不用ＳＦＤ的转子系统的临界转速、不平衡响应和外传力。结果表明：弹支挤压油膜阻尼器大大减小了转子振动的振幅和外传力。特别是该发动机的工作转速为２５０００ｒ／ｍｉｎ，不用弹支挤压油膜阻尼器时，其二阶临界转速为２２６００ｒ／ｍｉｎ，与工作转速相当接近，用了我们设计的弹支挤压油膜阻尼器后，二阶临界转速降低到１５４００ｒ／ｍｉｎ，显然，发动机工作时的振动性能会大大改善。     

改进整体传递矩阵法计算复杂转子系统临界转速

提出了一种基于整体传递矩阵法的改进传递矩阵法。新方法将Riccati变换及奇点消除方法应用于整体传递矩阵方程,导出了耦合单元和非耦合单元的Riccati传递矩阵计算公式。这种方法克服了传统传递矩阵法的缺点,易于开发通用计算程序。文末给出了数值算例,计算结果表明了该方法的有效性和正确性。      

航空发动机支承系统的动柔度系数矩阵及其测量

转子系统的临界转速、不平衡响应和稳定性分析时,必须考虑支承系统的影响。但在实际发动机上,由于机匣部分结构十分复杂,工艺误差造成的差别较大,因而其动力特性往往需要实际测量。为此作者对某种双转子涡轮喷气发动机进行了激振试验,以确定支承的动柔度系数和耦合动柔度系数,取得其部分动柔度系数矩阵,供计算时作为原始数据。     

Analytical solution of discrete colored noise ECA tracking filter

New analytical solutions of steady-state Kalman gains are presented for a discrete-time tracking filter with correlation in both the measurement noise and the target maneuver. The measurement noise model is a first-order discrete Markov process characterized by a correlation coefficient ρ. The target motion is examined for an exponentially correlated acceleration maneuver type in which the vehicle oscillation such as wind-induced-bending is also considered. The present solution method is based on factorizing the observed spectral density matrix Ψ(z) in frequency domain. The algorithm proposed here gives the Kalman gain matrix directly. For a case when the steady-state error covariance matrix is desired, such gains can be incorporated with the algebraic Riccati equation     

有裂纹悬臂转子的振动特性

本文研究了轴具有横向裂纹的高速悬臂转子的振动特性,提出了监视此裂纹起始及发展的最佳方法。所研究的模型是按一航空涡轮转子建立的,理论分析借传递矩阵-直接积分法,即借传递矩阵导出运动方程,再借直接积分法求解。还对模型裂纹转子作了试验研究,试验结果与理论计算结果在性质上是一致的。通过这一研究发现,转子不平衡响应的三次谐波可能是监视这一类型转子裂纹起始与发展的首要频率分量。      

基于Riccati方程的航空发动机鲁棒容错控制

采用状态反馈控制律,基于Riccati型方程,导出了对象模型存在参数摄动的航空发动机控制系统对传感器失效具有完整性的一个充分条件,并给出了使该充分条件得到满足的一种迭代计算方法。以某型双转子航空发动机为例进行了仿真设计,仿真计算结果表明上述方法有效、实用。对于执行器发生故障的情形,也给出了类似的结论。