航空发动机转子系统主动抑振控制方法研究

现代先进航空燃气涡轮发动机均不断追求高性能,高可靠性设计,在初始结构设计时,常由于布局构型不合理迫使对结构改型,不仅大大延长了设计周期,而且往往造成费用的超额支出。采用多种现代控制理论结合的综合控制方法,通过对主动控制器的设计,从而实现对航空发动机转子系统的临界转速裕度、不平衡量敏感性以及快速衰减瞬态振动等的综合力学性能的改善。仿真表明,通过主动抑振控制器设计,可以大幅度提高转子系统的抑振能力,有效提升转子系统的可靠性和安全性,可以为航空发动机转子结构减振的主动控制策略提供参考。     

多孔压敏荧光粒子的制备与流场压力/速度测量的性能表征

开发了一类微米级压敏荧光粒子。该粒子由表面多孔的空心二氧化硅（SiO₂）粒子与压敏荧光材料（PtTFPP和Ru（dpp））融合而成。通过浸染方法使压敏荧光分子附着于粒子上,形成多功能示踪粒子,从而将粒子图像速度场测量技术（Particle Image Velocimetry,PIV）与压敏漆（Pressure Sensitive Paint,PSP）技术相结合,发展了一种流场压力与速度同步测量的技术,为流体力学研究提供一种崭新的实验测量手段。利用PSP静态与动态标定系统,对压敏粒子的信号强度、压力敏感性与压力响应时间进行了测量,研究了不同粒径和不同材料对压敏粒子性能的影响。测量结果表明,制备的压敏粒子具有较好的压力敏感性,其压力响应时间区间为40~70μm,符合测量流场瞬态压力的需求。分析了粒子在流场中的跟随性能,其中2μm粒子松弛时间为7.5μs,有较好的跟随性能。     

跨声速风洞模型主动减振系统试验研究

为解决跨声速风洞测力试验模型的俯仰振动问题,研制了一套主动减振系统。该系统利用了模型/天平/支杆系统的响应特性,采用主动控制方法,以天平信号作为输入,采用速度负反馈,使用安装在支杆后端主动接头内的压电陶瓷作动器来抑制模型振动。地面试验结果表明,主动减振系统使模型/天平/支杆系统的俯仰一、二阶阻尼比分别提高20.8倍和12.8倍。风洞试验结果显示,法向力和俯仰力矩振动幅度分别下降71.0%和57.5%,风洞试验结果还表明主动减振系统对气动系数的影响相对较小。主动减振系统在多个模型的风洞试验中也得到验证,显示出良好的减振性能和模型适应性。     

基于结构声强法的机匣振动能量传递特性

为了分析在转子不平衡力激励作用下机匣上纵波、剪切波、扭转波以及弯曲波所携带的瞬态与稳态振动能量的分布规律和传递特性,将结构声强法拓展成矩阵的形式应用到航空发动机领域。建立了转子不平衡力作用下的双转子-支承-机匣耦合模型,通过由有限元工具和自编译程序组建的计算系统,求解并可视化了在高低压转子不平衡力激励作用下机匣瞬态与稳态的总结构声强场以及不同类型振动波的结构声强场。此外,通过运动方程推导并分析了结构声强与结构振动特性之间的内在物理关系。结果表明,机匣上纵波振动能量穿过法兰边后沿其周向传递,而剪切波和扭转波所携带的振动能量则可以穿过法兰边沿机匣轴向传递;支板上的振动能量首先以弯曲波的形式传递到机匣上,振动能量在机匣上沿主要路径传递过程中会发生不同类型振动波相互转换的现象;结构声强通过结构的动能变化率、应变能变化率以及阻尼耗散等能量参数与结构振动特性产生内在物理联系,对结构振动的控制本质上就是对振动能量流的控制。研究结论可为航空发动机机匣以及整机减振提供一定理论指导。     

一种混合励磁同步发电机的气隙磁密分析及其电压谐波抑制

为改善混合励磁同步发电机的气隙磁密分布,采用三段式气隙长度对转子进行了优化,对比了优化前后的气隙磁密。为抑制电压谐波,在完成转子结构优化的基础上,进一步采用短距、分布电枢绕组以及定子斜槽等措施。最后对样机电压波形进行了实测和质量分析,结果表明:采用三段式气隙长度与定子斜槽相结合,可将电压波形的总谐波失真(THD)抑制在5%的范围内。此外,探讨了偏心距法在切向/径向混合励磁电机中应用的可行性,并对比了分别采用偏心距法和三段式气隙长度法时的气隙磁密。     

基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。     

基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略研究

从工业场合下多电机系统高速运行的实际需求出发,分析了传统多电机控制系统和传统弱磁控制系统的优缺点,针对多电机高速运行时的弱磁特性进行了研究。模型预测控制(MPC)是一种基于被控对象模型的新型控制算法,具有较强的鲁棒性和较好的控制性能。交叉耦合控制是一种在并行控制基础上对每个电机进行相应补偿的控制系统。将MPC应用到多电机控制系统中并对其进行改进使其具有弱磁控制能力;对传统的交叉耦合控制策略进行改进。将二者结合提出了一种基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,并以双电机系统为例。最后,进行了仿真验证,仿真试验结果表明,基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,可获得比传统双电机系统更好的跟随性能和同步性能。     

大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统测试分析

根据长输管道大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统现状,对机组暖机进程进行测试并跟踪分析,发现暖机进程与同步电机过临界转速时振动值的相关度不高,暖机时间可以进行减少或取消。对同步电机顶升油泵系统进行测试,分析取消顶升油泵时同步电机振动、温度、起停机时间等的变化情况。试验结果表明,可降低顶升油泵联锁停泵转速。     

基于集合经验模态分解和小波阈值的真空泵振动信号降噪方法

真空泵的振动信号具有非平稳、非线性的特性,且夹杂着大量背景噪声,难以直接对其特征信号进行提取、分析,阻碍对真空泵的在线故障诊断。为此,文章提出基于集合经验模态分解(EEMD)的真空泵振动信号小波阈值降噪方法:首先将振动信号进行EEMD分解,得到若干个本征模态函数(IMF)与余项,然后引入归一化自相关函数对IMF分量进行筛选,再对筛选出的IMF分量进行小波阈值降噪处理,最后将降噪后的IMF分量与未处理的IMF分量和余项进行重构,得到降噪后的真空泵振动信号。对仿真与实验信号进行降噪处理的结果表明该方法优于现有的降噪方法,为真空泵振动信号的降噪提供了新的途径。     

姿控动力系统连接螺钉振动疲劳仿真分析研究

某姿控动力系统在连续经历两个方向的随机振动试验后,针对连接螺钉发生疲劳断裂的现象开展相应的研究分析。首先对该姿控动力系统进行结构模态的仿真分析及随机振动试验的模拟,并根据频响分析的有关结果,分别提取前9阶模态单独产生的结构应力响应及全模态应力响应;其次,基于描述随机振动过程中结构动力学响应幅值概率密度函数的Dirlik经验公式及Palmgren-Miner线性累积损伤理论,并通过MATLAB编程,实现连接螺钉累积损伤量的数值计算。最后,得到各主要单阶模态对螺钉振动断裂的影响大小以及仅依靠应力RMS值的相对大小不能对结构进行充分评估的结论,为连接螺钉振动断裂的深入分析及结构改进提供参考。