风扇轴高/低周复合疲劳试验方法研究及设计

为了实现风扇轴在轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷联合作用下,真实模拟试验件边界环境,且不引入额外载荷的要求下进行高/低周复合疲劳（HCF/LCF）试验.采用机械设计技术、液压技术、计算机技术和数据采集技术,提出了轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的加载方法,建立了4种载荷的控制系统和标定系统,并设计了大涵道比涡扇发动机风扇轴试验器.试验器利用计算机测控系统,通过信号提取、电液伺服阀和机械系统可同时实现轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的协调加载.结果表明:试验器高周载荷加载频率可达到9Hz,低周疲劳载荷加载精度优于±0.12%,振动扭矩载荷加载精度优于±2%,92.75%的旋转弯矩加载数据精度优于±5%,旋转弯矩误差范围为±9%.试验器具有良好的重复性和线性度.      

一种微型扭转弹簧的装夹加载机构设计

微型扭转弹簧性能对航天装置起着至关重要的作用，其测试装置也应达到高精度性能测量指标的要求，分析了微型扭转弹簧装夹加载中的一些难点，从而设计了一种用于精密测试微型弹簧扭矩的装夹加载机构。     

层状球面弹性轴承刚度设计、仿真与试验

从理论上推导了层状球面弹性轴承各橡胶层的压缩刚度和扭转刚度计算公式,通过具体算例,将层状球面弹性轴承各橡胶层压缩刚度和扭转刚度的理论计算结果与仿真结果进行了对比分析.结果表明:各橡胶层压缩刚度的理论计算结果与仿真结果基本吻合,最大误差为3.98%.各橡胶层扭转刚度的仿真结果与理论计算结果存在一定偏差,从小接头开始的前半部分橡胶层扭转刚度的仿真结果大于理论计算结果,最大误差为33.3%;后半部分橡胶层扭转刚度仿真结果小于理论计算结果,最大误差为32.8%.压缩刚度对压力变化表现的非线性特性不明显,扭转刚度则随扭转角的增大,其非线性特性变得越显著.但通过理论方法、有限元仿真方法得到的层状球面弹性轴承等效压缩刚度和等效扭转刚度与试验结果吻合良好.      

脉冲爆震载荷作用下转子系统动力学特性

针对脉冲爆震涡轮发动机(PDTE)气动载荷具有周期性、非定常的特点,应用有限元法建立了PDTE转子系统动力学特性计算模型。在验证计算模型准确性的基础上,研究了周期性、非定常轴向力和扭矩对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明:与传统燃气涡轮发动机相比,PDTE转子系统同时存在弯曲振动、轴向振动和扭转振动。脉冲爆震燃烧室的气动载荷会改变转子系统的弯曲刚度,但对气动载荷合理设计后,其对弯曲振动的影响较小。周期性、非定常轴向力引起转子系统轴向振动,且轴向振动特性主要受零频和1阶轴向共振频率处响应的影响。PDTE工作时滚珠轴承的轴向支反力会不断变向,在设计滚珠轴承时应予以考虑。周期性、非定常扭矩引起转子系统扭转振动,1阶扭转共振频率分量在扭转振动响应中占优。      

6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计

为对数控机床主轴进行多维力加载试验,首先建立了6-PUS并联加载机构的静力学模型,得到机构力雅克比矩阵,通过力雅克比矩阵将对机构末端多维力的控制转化为对单支链力的控制;其次,设计了单支链力模糊PID控制器;最后,在机构静态下,分别以传统PID和模糊PID控制器对6-PUS并联加载机构进行了多维力加载试验,加载力为F=(200,200,200,10,10,10)T的阶跃信号,对比发现模糊PID响应的力超调量在X、Y、Z各向均明显小于传统PID引起的超调量.     

基于飞行测量的弹性轴承试验载荷谱修正和寿命评估方法

球柔性旋翼系统在我国自主设计的直升机上获得了广泛的应用，弹性轴承在其中承担着重要角色，它提供了旋翼旋转过程中桨叶的挥舞、摆振和扭转运动，传递了旋转产生的离心力、挥舞方向的升力和摆振方向扭矩产生的切向力。文章讨论了不同设计阶段弹性轴承载荷谱的获得，基于飞行载荷测量的弹性轴承载荷谱修正，不同载荷谱对弹性轴承损伤影响的等效分析方法和弹性轴承寿命评估。     

飞机静力试验中机翼的载荷分配研究

针对飞机静力试验加载的问题,为使得试验加载力反映飞机受力特性,由载荷分配前输入的典型剖面上剪力、弯矩、扭矩推导出相邻剖面之间的剪力、弯矩、扭矩,通过构造带内力约束的拉格朗日极值函数求出试验加载力,将载荷分配前输入的内力与试验载荷分配后产生的内力进行对比分析,可以得出:通过构造带内力约束的拉格拉日极值函数法分配得到的试验载荷符合载荷的传递,能够满足飞机静力试验加载的要求,可以用于飞机静力试验的加载。     

航空发动机高压转子前轴承刚度特性分析

为了得到航空发动机高压转子前轴承刚度随发动机工作状态的变化规律,建立了该轴承的刚度分析模型,引入了轴承内、外环配合参数、离心效应、热效应以及联合载荷对轴承刚度特性的影响,数值分析了该轴承的刚度随轴承内、外环配合参数、转速、轴承工作温度及外载荷的变化规律。结果表明,轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度,随轴承内、外环过盈配合量增大而增大,随转速、工作温度和弯矩的增大而减小;径向力增大,轴承的径向刚度增大,轴向刚度和角刚度减小;轴向力增大,轴承的径向刚度减小,轴向刚度和角刚度增大;轴向载荷对该轴承的刚度影响最大。     

叠层球面橡胶-金属弹性轴承等刚度设计研究

从理论上推导了叠层球面橡胶-金属弹性轴承各胶层的压缩刚度和扭转刚度计算公式,探讨了胶层压缩刚度、扭转刚度的等刚度设计方法,并将等压缩刚度和等扭转刚度设计方案的理论计算结果、有限元仿真结果分别与未进行等刚度设计方案的结果分别进行了计算和对比,结果表明,等刚度设计可以很大程度上消除不同胶层之间的刚度差异,各胶层压缩刚度和扭转刚度的理论计算结果与仿真结果基本吻合。     

不同支承结构下同转/对转中介轴承的刚度特性

中介轴承是耦合双转子航空发动机的关键部件,为了探明中介支承结构特征、装配条件和发动机工况对中介轴承刚度特性的影响,建立了中介圆柱滚子轴承刚度特性分析模型。模型综合考虑了中介支承结构形式、轴承内外环相对旋转方向、内外环配合参数、内外环锁紧螺母拧紧力矩、轴承工作温度、发动机转速、径向载荷和弹性流体动力润滑等方面的影响,分析了某型机中介轴承的径向刚度随各参数的变化规律。结果表明,内外环配合参数和发动机工况对中介轴承的刚度影响较大,设计时应考虑刚度变化对转子系统动力学特性的影响;中介轴承刚度对锁紧螺母的拧紧力矩不敏感。另外,中介轴承刚度同中介支承结构形式及内外环的相对旋转方向密切相关,设计时应结合气动性能和结构动力学的要求合理选取,避免对发动机的可靠性造成不利影响。     

两分支圆柱齿轮分扭传动系统的均载性能

针对两分支圆柱齿轮分扭传动机构,深入剖析了其载荷分布不均衡的原理,通过建立动力学模型,分析了结构参数对均载性能的影响规律,并通过弹性轴结构分扭传动的试验证明了该原理及分析方法的正确性,结果表明:工况条件、两分支扭转刚度、支撑刚度、啮合相位差等因素皆对系统的均载性能具有影响,其中取较小的扭转刚度和较大的支撑刚度,并严格控制第一级齿轮副之间的啮合相位差对均载有利。      

考虑轴向力影响的三点接触球轴承刚度特性研究

为探究三点接触球轴承刚度特性,针对某型船用燃气轮机动力涡轮后支承使用的三点接触球轴承,在考虑轴向力影响的情况下,运用数值方法求解并分析了运行工况横向载荷和转速以及结构参数滚动体个数和垫片角对轴承刚度特性的影响规律。结果表明:轴向力对轴承的刚度影响显著,随着轴向力增大,轴承横向刚度减小,轴向刚度增大;横向刚度随横向力与滚动体个数增大而增大;轴向刚度随内圈转速、滚动体个数与垫片角增大而增大;轴向刚度对横向载荷影响不明显。     

高负荷弯掠叶片力学模型与应力抑制研究

几何构型对叶片应力的影响规律是高负荷弯掠叶片应力优化的关键。建立了带有弯掠与扭曲结构特征参数的叶片力学模型,研究了掠形与扭转构型对叶片应力分布的影响。结果表明:弯掠造成的附加弯矩与叶型截面形心位置紧密相关,弯曲应力极值可能出现在叶型前缘、尾缘和叶背中部三个区域;扭转造成的附加扭矩的大小由叶尖到叶根逐渐增加,在叶片自然扭曲率较小时,附加扭矩为负方向,其作用致使叶片解扭;对于典型弯掠叶片,其离心力作用下的径向力载荷决定着自身的截面平均应力水平,而附加弯矩和扭矩载荷决定着截面的应力分布形式。在给定的叶型条件下,可通过掠形方式的调整使附加弯矩与扭矩相抵消,降低叶片峰值应力30%以上。     

航空轴承试验器力载荷装置改进方法

为提高航空轴承试验器力载荷装置的加载精度,基于已有试验平台,分析了原加载装置精度偏低的原因,并通过仿真方法予以验证,提出了针对性的改进措施。通过在加载杆中串连传感器,将力信号作为控制变量引入控制闭环,实现对力载荷的直接控制,消除了加载膜片边沿效应的影响;增加预紧弹簧使油压调节阀有效避开非线性工作区域,保证了加载装置的作动速度。经试验验证,改进后的加载装置具有较高的加载精度,且安装、使用方便。     

基于电磁干风洞的大柔性结构准模态试验研究

结构的频率是结构的重要动力学特性,对于飞行器来说,当机翼等大型结构在非定常气动力作用下发生变形时,其频率也会发生变化。本文介绍了一种地面电磁干风洞试验方法,利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,在不接触模型的情况下对模型进行静动态加载。基于这种新的试验技术,建立了一种地面电磁干风洞实验方法,利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,可有效实现对模型结构的非接触式静态和动态气动力跟随加载。利用该实验系统,研究了静动态条件下,结构质量、刚度分布对飞机内载荷的影响;结构变形对结构动力学特征的影响。结果表明,结构的弯曲变形会影响结构的弯曲和扭转频率,结构的质量和刚度分布会对结构内载荷产生较大影响。这种新的试验方法有利于研究大柔性结构的气动弹性特性,对新型飞机的设计和研制具有重要意义。     

航空结构螺栓连接预紧力设计研究

分析了航空结构的螺栓连接受力并推导了螺栓载荷、螺栓刚度、被连接件刚度等计算公式,分析了螺栓载荷在结构加载过程中的变化规律,讨论了螺栓预紧力对连接结构疲劳寿命的影响,给出了螺栓预紧力的参考取值及其范围,可供结构强度工程设计人员参考使用。     

飞机结构强度试验商载施加技术研究

根据中后机身连续开口区强度试验技术需求,提出了一种新型的商载加载装置设计思想,通过分离引出加载方式解决了以往机身商载不能按理论载荷施加到各框的问题。该加载方式显著降低了加载杆拉力和杠杆弯矩,对机身的改动较小,加载装置更轻巧、试验换装简便。试验结果表明,该方法试验加载装置稳定,载荷传力明确,能更真实地模拟机身的受载情况。试验实施简便,可推广应用于同类型机身试验设计、载荷处理、加载夹具设计及载荷加载方案设计。     

弹性波纹环减振轴承设计与分析

设计了一种圆周周向呈现正弦波纹状的弹性圆环轴承阻尼器,与滚动轴承耦合到一起,实现轴承减振吸能功能。建立了弹性波纹环减振轴承的力学模型,利用有限元方法对该减振轴承进行力学性能分析,研究了弹性波纹环几何参数对其应力分布和径向压缩刚度的影响以及弹性波纹环的减振吸能效果。结果表明：与弹性凸台环比较,弹性波纹环的应力分布有了很大改善,在给定工况下,最大Mises应力从1 356 MPa降低到464 MPa,应力减小了64%,消除了应力集中现象;弹性波纹环的厚度、波纹周期数和弹性环直径对弹性环的应力和刚度影响显著。弹性波纹环的引入大幅度降低了轴承在振动冲击时受到的冲击力。     

惯导系统旋转机构轴承动力学建模方法研究

旋转机构是旋转调制捷联惯导系统的关键部件之一。为了精确模拟旋转机构的动力学特性,研究了支撑旋转轴系的双列球轴承的动力学建模方法,提出了使用Bushing单元来建立同时具有径向移动刚度、轴向移动刚度和径向角刚度的三向刚度轴承动力学模型的方法。利用有限元数值仿真方法计算了三向刚度数值,并利用轴承手册上的经验公式进行了验证。在此基础上,建立了含弹性轴承支撑的旋转调制捷联惯导系统旋转机构的结构动力学有限元模型,分析比较了轴承有无角刚度两种状态下的固有模态。分析结果表明:对于旋转调制捷联惯导系统旋转机构来说,轴承模型角刚度对计算精度的影响较大,角刚度已知的模型更接近真实情况。     

扑翼的变刚度设计及其对升力和推力的影响

为提高扑翼飞行器的升力和推力以提高其飞行性能,运用生物扑翼的仿生原理,研究扑翼飞行器的扑翼升力和扑翼推力随扑翼刚度变化的机理。借鉴"变刚度关节机构和平面转动冗余并联机构通过调节张力改变刚度"这一机构学原理,运用变刚度关节机构相互串联实现扑翼在扑动方向上变刚度,同时运用平面转动冗余并联机构实现扑翼在扭转方向上变刚度。建立扑翼的扑动关节刚度和扭转机构刚度随预张力变化的模型,并通过实验和仿真验证扑翼扑动关节刚度和扭转机构刚度随预张力的变化。研究扑翼的升力和推力与扑翼刚度之间的关系,验证了通过调节扑翼刚度匹配其扑动频率可以提高扑翼的升力和推力。