航天飞机主发动机涡轮机械轴承的可靠性分析

本文讨论航天飞机主发动机(SSME)氧化剂与燃料涡轮轴承的可靠性分析。由于采用低粘度的低温流体来冷却轴承,轴承缺乏充分的润滑,这样导致轴承的预期寿命值少于设计要求的27000s。为改进没计,减少与轴承失效相关的风险,我们对轴承设计及轴承工作参数作了深入的评估研究。在决定性的轴承分析子程序中,我们应用了蒙特卡罗(Monte Carlo)估算方法来估算涡轮轴承系统可靠性曲线、概率密度曲线以及确定独立输入设计变量对系统寿命的相对影响。对于蒙特卡罗分析方法我们通过一些表明可靠性变化的例子,以及通过在热测试之前对改进的新设计方案的系统可靠性所进行的估算作了说明。     

CMG中角接触球轴承在随机振动下的安全性分析

研究CMG中角接触球轴承在随机振动下的安全性。推导轴承在轴向力和径向力联合作用下的轴向刚度和径向刚度,建立轴承的等效线性弹簧模型,并利用ANSYS的谱分析迭代求取轴承在随机振动下的轴向力和径向力,将径向当量静载荷和轴向载荷分别与径向基本额度静载荷和极限轴向载荷比较,分析其安全性。以某种角接触球轴承为例,验证了其在给定输入功率谱密度下任意方向加载都安全。     

磁堵检查在发现轴承失效中的作用

CFM56系列发动机的轴承,因为接触面积小,发动机转速高,工作温度高,负载大等因素,进入运营以来,由于设计、生产及安装过程中的缺陷,已经发生多起因轴承失效而引起的非计划换发甚至是空中停车。轴承安装在发动机内部,在翼时无法接近。如何尽可能早的发现轴承失效,避免进一步的损失,一直是困扰     

超声速混合层凹腔隔板的自激振动特性实验研究

为了克服强迫振动诱导混合增强难以工程实现的缺陷,提出隔板自激振动诱导混合增强的新技术,而设计最优自激振动频率的隔板是该技术的难题。采用平板开凹腔的隔板构型,通过实验手段并结合数值仿真,分析了凹腔隔板的自激振动特性。研究表明,凹腔的声学自激振荡引起压力随时间的波动是隔板自激振动的直接原因;隔板的约束条件与凹腔的构型参数长深比、后缘倾角对自激振动特性有重要影响;自激振动频率与限位尺寸呈反相关,当限位尺寸为0时,频率提高了324.63%;与凹腔长深比K=1时相比,K=7的频率降低了19.36%。自激振动频率与后缘倾角呈正相关,后缘倾角为90°时,频率提高了23.15%。改变约束条件可大幅提高自激振动频率,是隔板优化设计的一个重要方向。     

边界滑移对波箔型动压气体轴承静特性的影响

为获得流固边界滑移状态对动压轴承性能的影响,以波箔型动压气体轴承为研究对象,建立极限切应力模型下不同滑移状态的气膜压力及厚度方程,利用差分迭代法耦合求解,分析不同边界滑移状态时轴承静特性随滑移相关参数的变化规律。研究结果表明:与无滑移状态相比,轴面侧滑移对轴承静特性不利,箔片侧滑移对轴承静特性有利,滑移对承载力额最大影响幅度可达20%,对偏位角的最大影响幅度可达10°;两侧均存在滑移时轴承静特性下降,影响幅度小于前两者。当轴承转速、偏心率以及润滑气体动力粘度增大时或者轴承间隙减小时,均会使滑移对承载力的影响增大、对偏位角的影响减小。     

二维凹面腔内暂冲式激波聚焦机理的实验

针对两级脉冲爆震发动机中第二级凹面腔内激波聚焦起爆能量和周期的研究,设计了二维凹面腔内暂冲式激波聚焦实验系统。通过分析粒子图像测速系统捕捉的照片和动态压力数据,获得了凹面腔内激波聚焦高压区压力特性和多循环流场演化特征。并且开展了A和B两种型面凹面腔的对比实验,进一步分析了多循环激波聚焦的形成机理。结果表明:入射激波第一次在凹面腔底部聚焦后形成的聚焦反射激波在喷口射流边界上发生反射,产生的反射激波再次在凹面腔底部聚焦,形成了第二次激波聚焦,如此往复便形成了周期性的激波聚焦,聚焦频率高达7~10kHz;并且,速度场和射流强度随入射激波碰撞而减弱,在排气过程中又增强,呈现周期性变化。      

可变几何单凹腔驻涡燃烧室的贫油熄火性能试验

为了研究可变几何单凹腔驻涡燃烧室的贫油熄火性能,设计了一个可变几何单凹腔驻涡燃烧室,通过改变凹腔前进气槽的开度,实现对凹腔当量比的控制,并在此基础上进行了贫油熄火性能试验。试验在常压状态下进行,采用航空煤油作为燃料。试验中的主要研究参数如下:进口温度在287~487K变化;进口马赫数在0.2~0.3变化。研究结果表明:可变几何单凹腔驻涡燃烧室的贫油熄火油气比随着进口温度的增加而减小,随着进口马赫数的增加而增加;保持进口马赫数为0.25不变,当进口温度为287K时,贫油熄火油气比随着凹腔前进气开度的减小先增加后减小,而当进口温度逐渐升高到487K时,这一趋势逐渐转变为单调减小;保持进口温度为487K不变,贫油熄火油气比随着凹腔前进气开度的减小而减小。     

对火箭陀螺高速向心球轴承摩擦系数的研究

在运用滚动轴承理论、摩擦学滚动理论及弹性力学原理对火箭陀螺高速向心球轴承(简称高速球轴承)滚珠及内圈(或外圈)受力情况进行系统分析及研究的基础上,提出一组可直接计算高速球轴承摩擦系数的理论公式。从导出公式所示解析关系可清晰地看出,高速球轴承摩擦系数不仅与轴承内外径、滚珠对内圈(或外因)的滑动摩擦系数、滚珠半径及数量有关,而且还直接与轴承转速和当量动载荷等参数密切相关。