航空发动机转子装配优化技术

转子装配优化技术是通过优化转子各部件之间的安装角度,达到控制转子不同心度和初始不平衡量的目的。详细阐述了基于转子部件跳动测量,计算转子旋转轴线与部件惯性轴之间的偏差,进而计算转子不同心度和不平衡量的估算方法;提出了针对转子不同心度和不平衡量双目标优化原则,并采用蒙特卡洛仿真法对随机装配过程、单目标装配优化过程和双目标装配优化过程进行仿真,通过验证表明,转子装配优化技术达到了改善转子装配质量的目的。     

某压气机试验件转子平衡精度分析

航空发动机及其转动部件运行的平稳性与转动件的平衡品质密切相关.为保证压气机试验件可靠运行,分析了压气机转子静平衡、初始动平衡、最终动平衡允许剩余不平衡量控制方法,以及最终动不平衡量的分配方法,并针对某压气机试验件转子,通过采取零件静平衡、组件初始动平衡、转子最终低速动平衡的分步平衡方法,保证了该试验件转子的平衡品质.试验运行结果表明:采取分步平衡精度控制方法,试验件运行平稳、振动水平低.     

叶片质量矩优化排序中遗传算法的应用

针对某型发动机压气机转子,考虑叶片质量矩和初始不平衡量,采用遗传算法,对叶片进行优化排序以达到减少转子不平衡量的目的.经过对10余台发动机转子叶片质量矩优化排序验证,结果表明:整个转子的不平衡量大大减小,该方法可在实际发动机转子动平衡中推广应用.     

CFM56发动机高压压气机转子平衡工艺分析

转子不平衡是航空发动机的主要激振源,直接影响发动机可靠性及部件使用寿命。为降低发动机振动,针对CFM56发动 机高压压气机转子,采用SAE ARP4163 标准评定方法,深入研究初始不平衡量数值设定和多校正面平衡等技术难点。结果表明： CFM56 发动机高压压气机转子初始不平衡量（≤3048 g·mm）、剩余不平衡量（G3.6平衡等级）精度设计合理,基于初始不平衡量控制 的多面平衡工艺方法有效;利用转子定位基准误差识别重要部位和计算分析配重块在各校正面上的影响系数等分析工作,可高效 实现平衡结果最优化。     

结构特征参数对发动机支点同心度的影响研究

航空发动机静子支点作为转子的支撑部位,由于制造工艺、装配误差和长时间工作的影响,较易出现支点不同心的现象。基于形状和位置公差理论,建立了一种发动机支点同心度的计算模型,并对某发动机的支点同心度分布进行了仿真计算。通过分析影响支点同心度的关键结构参数和测量支点同心度试验,提出了同心度的控制方法。结果表明:采用本文所述理论计算和控制方法,可准确地判断出发动机支点同心度是否符合标准,以便有针对性地选择调整措施,进而提高了发动机的装配质量,有效避免转、静子不同轴引起的碰摩问题,减小了发动机整机振动出现的几率。     

基于几何代数理论的转子堆叠装配多目标优化

在航空发动机多级转子装配过程中,优化的转子堆叠装配方案对提高转子装配质量及安全运行有着重要的意义。为了提高转子安装相位优化效率和装配质量,基于几何代数理论并结合多目标优化方法提出了一种高效求解最优堆叠装配方案的方法。首先,对几何代数和齐次矩阵的计算效率进行对比验证,并基于几何代数理论改进多级转子堆叠装配误差传递模型;其次,针对航空发动机转子安装相位角度的装配要求,建立转子同心度和初始不平衡量的多目标优化模型;最后,采用非支配排序遗传算法求解该堆叠装配多目标优化问题,获得符合工艺要求的最优装配方案。算例结果表明,优化后的转子装配方案比随机装配方案同心度降低65.10%,初始不平衡量降低97.88%。     

一种民用航空发动机转子动平衡方法

针对航空发动机在维修过程中转子平衡时遇到的问题,从目前平衡方法的不足入手,提出了发动机转子四点法平衡方案,以避免转子叶片安装松动造成的测量误差,准确计算工装误差,实现测量结果验证,提高不平衡量数据可信度。该方法可将转子剩余不平衡量控制在手册规定范围内的较低水平。     

全转速系数矩阵降维重构的燃机不平衡量逆推方法

整机动平衡可大幅提高燃气涡轮发动机动平衡效率，但由于全转速范围内整机系统动力特性复杂，且结构的特殊性仅能够在机匣外表面测振，传统动平衡方法难以实现整机动平衡。为此，考虑全转速区间整机系统结构振动特性及分布式不平衡量的影响，通过仿真或试验获得全转速范围内各测点振动响应与各叶盘不平衡量间的响应系数矩阵，建立等效不平衡量逆推方程组。依据不平衡位置-转速-测点振动间的敏感性关系对全转速系数矩阵进行降维重构，获得优选配平位置、测点及转速的重构方程组，求得转子配平位置的等效不平衡量。典型双转子燃气涡轮发动机整机系统数值仿真结果验证了该方法的有效性。研究结果对实现燃气涡轮发动机整机动平衡具有一定的参考应用价值。     

基于转子跳动和初始不平衡量优化的 多级盘转子结构装配工艺

为了综合优化转子系统跳动和初始不平衡量,通过分析多级盘转子结构同心度、垂直度与不平衡量参数的叠加机理及装配参数对不平衡量的影响关系,建立适当的优化目标函数,利用VBA计算程序进行优化分析;结合实践应用经验对跳动误差进行分析与修正,在各级盘装配相位关系的可行域内选择最优方案。结果表明:与传统堆叠优化方案相比,对某压气机盘鼓组件进行双目标优化能够使初始静不平衡量最大降低86%,有效提升转子装配质量,提高装配效率。该装配工艺优化方法对于航空发动机装配优化、分解检查及连接面质量评估等方面具有较强的工程指导意义。     

航空发动机高压转子模拟平衡工艺分析与控制

针对大涵道比航空发动机高压转子采用模拟平衡工艺缺少数学分析手段以及模拟转子技术指标缺少制定依据的问题,提出一种模拟平衡工艺量化分析方法。以过转子重心的静和偶不平衡矢量来表示转子不平衡状态,定义了包含质量偏差、重心位置偏差、转动惯量偏差和端跳偏差的模拟转子模型,结合模拟平衡过程和转位平衡原理,建立转子校正不平衡量和转位补偿量数学模型,以高压组合转子初始不平衡量来评估模拟平衡质量。结果表明：模拟平衡能替代组合平衡,被平衡的两个转子均具备装配互换性和装配对接角度不受限制的特点;本案例中为控制模拟平衡质量,模拟转子质量偏差应在±4%以内,重心位置偏差应在±2 mm以内,直径和极转动惯量偏差均应在±5%以内,端跳偏差应小于0.008 mm。     

低压涡轮初始不平衡量超限计算分析与排除

针对某型航空发动机低压涡轮转子初始不平衡量超限问题,根据机件形位误差与不平衡量之间的影响关系进行计算分析,得出当支承锥盘与盘片组件间形位误差和低压涡轮盘片组件定位基准误差处于极限值且为不利组合时,引起的转子不平衡量值远大于或接近7500 g·mm限制值。根据计算结果,并按照效率最高原则及科研装配经验,制定了排除低压涡轮初始不平衡量超限流程,实践检验方法有效。研究结果表明:控制转子定位基准误差,减小组合件装配形位误差,根据转子不平衡量数值调整机件间安装相位,是降低和优化转子初始不平衡量的有效手段。     

蚁群算法在宽弦风扇叶片优化排序中的应用

从风扇转子的力学模型出发,推导了同时考虑三个维度质量矩的风扇转子静不平衡量和偶不平衡量的计算公式,并使用某型发动机风扇叶片装配和试车验证,结果表明考虑三个维度质量矩的不平衡量计算方法能显著减少配重块的使用,并减少配平次数。提出了基于邻域搜索改进的蚁群算法的风扇叶片排序优化方法,对某套风扇叶片进行优化排序。本优化算法的最优不平衡量比传统蚁群算法减少88.9%,比改进的遗传算法减少36.8%,优势明显。      

基于改进Jacobian-Torsor理论的转子组件装配精度控制方法

转子装配是航空发动机制造过程的核心环节，防止同心度超差是转子组件装配需要解决的重要问题。传统方法以千分表人工手动测试为主，依赖制造经验，缺乏系统、定量的结构精度设计理论方法支撑。针对转子的回转特性和多级装配特点，提出了基于改进的雅可比旋量理论的三维偏差建模方法和组合堆叠同心度控制策略，通过引入回转副有效表征了航空发动机转子零件的回转特性，确定了雅可比扩展矩阵和同心度偏差传递函数及其控制方程。结合该方程，对某4级涡轮转子装配进行验证，当各级安装角度分别为3.513 rad、5.206 rad和0.953 rad时，可获得最高同心度0.042 mm。结果表明该模型可以有效预测组件整体精度和确定最佳装配方案，具备较强现实指导意义。     

涡扇发动机整机振动特性仿真分析

针对涡扇发动机整机振动,开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。建立了转子-支承系统、静子承力系统动力学模型,对静子承力系统关键测点在转子不平衡量大小、分布及碰摩力作用下的振动响应特性进行了仿真分析。仿真结果与实际发动机试验振动图谱的对比分析表明,特征频率点的响应吻合良好。通过本研究,初步搭建起涡扇发动机整机振动机理仿真分析平台,对提高发动机振动机理研究能力和整机振动分析诊断水平有积极意义。     

基于转子初始不平衡量控制的整机振动排故方法

针对某型航空发动机试车低压振动超限问题,结合发动机的结构特点,进行了故障分析。通过改进转子的平衡工艺,提出了控制转子初始不平衡量从而抑制发动机临界转速振动大的排故方法,再次试车时发现振动水平良好。结果表明排故方法有效,对今后发动机装配和整机振动排故具有重要的参考价值。     

转子不平衡量对角接触球轴承-刚性转子系统动力学耦合特性的影响

建立了高速角接触球轴承-刚性转子系统完全动力学数值仿真模型。以某仪表轴承支承的转子系统为例,分析了转子不平衡量对转子振动响应、轴承内部载荷分布以及保持架质心运动轨迹、频域幅值变化及其磨损的影响。结果表明:无转子不平衡量时,转轴振动仅包含保持架频率,而转子不平衡时,转轴振动除保持架频率,还包含内圈频率及其倍频。随着转子不平衡量的增大,内圈频率对应的转轴振动幅值逐渐增大,而保持架频率对应的转轴振动幅值先减小后增大。球与内外圈接触载荷波动随着转子不平衡量的增大而增大,且载荷包含了保持架频率与内圈频率的多种耦合频率。转子不平衡量越大,保持架质心运动越不稳定,而保持架磨损率反而逐渐降低。保持架质心运动除保持架频率外,还包含保持架频率与内圈频率的耦合频率,说明保持架运动受转子振动的影响。      

基于圆弧端齿连接结构的风扇转子装配技术研究与应用

航空发动机圆弧端齿连接结构不同于止口形式的连接,可以用现有的成熟装配技术控制转子同轴度,目前圆弧端齿连接转子的同轴度和初始不平衡量缺少有效的控制手段。本文分析了圆弧端齿连接结构对风扇转子装配的影响规律,创建了圆弧端齿连接结构转子的装配控制算法,突破了国内该结构转子在装配优化控制上的空白,降低了人工成本,提高了装配效率,并制定了风扇转子装配优化控制新方案,降低了转子初始不平衡量及进气机匣振动水平。综上,本文从装配角度解决了某小涵道比发动机进气机匣振动问题,取得了巨大的装配优化效果,具有较高的实用价值。     

硅基超短微转子系统动力学分析和 不平衡量试验测量方法研究

以基于微型静压气体轴承系统支承的硅基超短微转子为研究对象,充分考虑微尺度下稀薄气体效应的影响,建立了微型静压径向气体轴承的气体动力学模型。开展了不平衡量影响下的微转子-气体轴承系统动力学的建模和动力特性研究,分析并掌握了微转子不平衡量与微转子动力学响应、微型静压气体轴承供气特性之间的内在联系,提出了一种基于共振原理和反推原理的超短微转子不平衡量分析和测量方法,解决了常规不平衡量测量方法中存在的传感器安装和环境振动干扰等问题。     

航空发动机转子不平衡量突增的自动识别

为实现在航空发动机振动信号分析时因封严胶条脱落发生的转子不平衡量突增的自动识别,采用多傅里叶变换（FFT）滤波技术获得转速跟踪滤波后的基频振动时域信号,提出了振幅突增和突增后振幅稳定的转子不平衡量突增的2种特征,通过应用案例对振动信号的程序化进行处理,得到转速跟踪滤波后的基频振动时域信号及转子不平衡量突增的识别参数,数据结果中振幅增大比例系数达到3.75,且突增后振幅稳定。结果表明：采用FFT滤波技术,实现了转子不平衡突增的自动识别,并验证了识别方法的有效性。转子不平衡量突增的识别技术应用于在线监测系统时,能及时识别故障并发出报警信息,保证设备运转的安全;应用于离线振动信号分析系统时,缩短了人工数据分析时间,提高了工作效率。     

叶片机转子叶片在轮盘上排配问题的探讨

现在高速叶片机转子(如化工、航空用轴流式压气机)在力学上的动、静平衡要求是十分严格的。以某型涡轮喷气发动机压气机转子部件为例,从该部件的外效应——振动要求来看,必须保证转子部件只有很小的动不平衡度(不大于5克·厘米)。从其内效应因——单级盘静不平衡度而引起的附加内应力和转子轴线的弯曲变形来看,必须保证转子每一横截面(在此即每一级轮盘装叶片的横截面)的静不平衡度为最小值。在力学上以“重径积”来衡量。