电磁轴承在航空发动机应用中设计问题分析

电磁轴承实现了依靠电磁力使转子非接触地“支承”于轴承体内的目的,并具有运动阻力小、无接触摩擦和磨损、功耗低以及寿命长等优点,是磁悬浮原理在机械领域中的应用实例。航空发动机是电磁轴承的主要应用领域之一。介绍电磁轴承及其系统的特点和电磁轴承的一般设计准则、常用技术指标以及在航空发动机中应用电磁轴承的部分设计问题及解决的方法。     

飞机起落架回转地面载荷特性研究

计算地面回转工况下的回转力矩和回转机轮接地点地面载荷对起落架结构设计有重要意义,以共轴双轮式起落架和四轮车架式起落架为研究对象,通过假设轮胎与地面接触面为椭圆印痕,并应用极坐标二重积分的计算方法,推导出回转力矩计算公式和轮胎接地点地面载荷计算公式,并结合算例将传统方法和本文方法的计算结果进行对比.结果表明:回转力矩随着轮胎压缩量的增加而增加;传统方法得出的回转力矩偏小;对于共轴双轮和四轮车架式起落架,轮胎接地点处的扭矩占回转力矩的比例很小,同时接地点处存在较大的航向、侧向力.     

高旋转数下不同通道转角带肋回转通道的换热特性

提高回转通道气体压力,将实验雷诺数和旋转数范围分别扩展到10000～70000和0～2.08,在此基础上实验研究了高旋转数下通道转角为0°,22.5°,45°的带45°倾角斜肋的方形截面回转通道的换热特性.结果表明:在第1通道,通道转角对后缘面换热的影响整体上强于前缘面,尤其是通道入口段位置;在第2通道,通道转角对换热的影响比较小.对于区域平均换热分布,通道转角为45°的通道平均换热最强,通道转角为22.5°的通道次之,通道转角为0°的通道平均换热在3个通道转角中最弱.      

航空发动机轴承腔换热特性研究

轴承腔是航空发动机机械系统的重要组成部分,其换热特性对滑油系统热分析有决定性影响,为此,对航空发动机典型轴承腔的换热特性进行研究。以ANSYS有限元分析软件结合APDL语言,对典型轴承腔进行有限元建模,并对边界条件进行计算加载,得到了在不同供油量和滑油供油温度下的轴承腔换热特性曲线。采用本方法计算的轴承腔特性与发动机地面试车数据符合性良好,所得到的典型轴承腔换热特性曲线可简化滑油系统热分析,取得很好的系统计算结果。并开辟了通过提高轴承腔换热特性曲线精度而提高系统计算精度的研究途径。本文的计算方法及结果可为发动机整机试车及润滑系统设计提供参考。     

轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析

轴承腔的润滑和换热设计依赖于对腔内油气两相流动和换热状态的准确理解。针对先前研究工作的不足,在包含油滴碰撞腔壁热量交换、沉积热量以及油膜温度即考虑温度效应的条件下,开展了油滴沉积特性及油膜流动特征分析。首先分析了单个油滴碰撞腔壁沉积特性,确定了油滴的沉积质量、动量和热量。其次在考虑油滴尺寸分布的条件下,通过离散油滴尺寸范围的方式确定了腔内所有油滴碰撞腔壁的沉积油膜质量、动量和热量。最后借助力学平衡和质量守恒条件,以上述参数为基础计算了腔壁油膜温度以及速度和厚度的分布情况。计算结果表明,随着转子转速的增加,油滴的质量、动量和热量沉积率有所降低,一次沉积油膜质量、沉积油膜动量、沉积油膜热量以及油膜速度均有所增加,而油膜厚度降低。通过与试验数据的对比表明,提出的轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析方法是较为可靠的,并且考虑温度效应使油膜厚度的计算更为准确。分析工作为轴承腔的润滑和换热设计提供了一定的参考依据。     

航空发动机轴承腔油气两相流流动数值研究及验证

为检验传统的单向耦合模型是否适用于轴承腔油气两相流流场计算,建立了双向耦合模型.对比分析不同转速喷油后,两种模型腔内空气速度和湍动能的分布.并将双向耦合模型计算的数据与文献中实验数据对比.结果表明:喷油后空气速度分布总体变化规律与单相空气流动相似,但各点处空气速度均明显下降,平均空气速度在转速为8000r/min时变化最快;油滴的运动与蒸发对空气速度和湍动能影响较大,尤其是腔室主流区域空气速度由于油滴的耦合作用将会下降10%~15%,所以油滴对空气场的作用不能忽略.      

用于质量特性参数测量的新型气浮扭摆台

常规扭摆台采用滚动轴承和扭杆振动结构,纵向尺寸大、测量精度低、抗倾覆力矩小,不能满足质量特性参数综合试验台的要求,必须对其进行结构的分析和优化。本文提出交叉弹簧板结构替换扭杆,减少了扭摆台纵向尺寸,分析和实验表明该结构具有和扭杆相同的振动效果。将滚动轴承替换为气浮轴承,提高了抗倾覆力矩,测量精度最高达0.1%;采用有限元法对柱坐标系下修正的雷诺方程进行仿真计算,研究气浮轴承结构参数对承载能力和抗倾覆力矩的影响规律,确定了给定轴承外径下的最优几何参数。实验表明,改进的试验台提高了测量精度和振动稳定性,对卫星等飞行体质量特性参数的测量有重要的意义。     

三轴承推力矢量喷管运动学建模及试验

三轴承推力矢量（3BSD）喷管是实现大角度偏转的推力矢量主要形式,主要应用于垂直/短距起降（V/STOL）飞机。喷管由3段组成,相邻两段通过轴承连接,喷管与发动机出口也通过轴承连接,因此形成了3对转动副,通过3对转动副的转动喷管可以实现偏转到特定的角度及方向。三轴承推力矢量喷管运动学模型是其控制器设计及应用的前提,通过喷管固联坐标系逐级坐标转换的方法得到喷管运动学模型。通过几何关系分析说明了三轴承推力矢量喷管的基本原理,对推力矢量偏转大小/方向与三级喷管转角之间的非线性关系进行了分析,在3条基本假设的基础上提出了喷管逆运动学控制规律,并利用一个缩比喷管进行了试验验证。试验结果表明,所建立模型可以反映喷管运动学特性,逆运动学控制规律可应用于喷管开环控制。     

内圈带缺陷中介轴承的动力学建模与振动响应分析

针对外圈支承于低压转子轴颈,内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承,在考虑轴承径向间隙变化和滚动体通过内圈缺陷时接触变形量发生变化的基础上,建立了内圈含单一故障缺陷的中介轴承动力学模型。数值仿真研究了轴承振动响应的有量纲参数和无量纲参数随缺陷大小,内、外圈转速和径向外载荷变化的规律,得出了若干有益结论,为中介轴承故障诊断提供了有益参考。     

一种航空发动机用双定子无轴承电机研究

为了消除摩擦阻力并简化系统结构,实现多电航空发动机的稳定悬浮运行,本文研究了一种具有独立的转矩和悬浮力极的双定子无轴承开关磁阻电机.推导了电机悬浮力的数学模型,通过与有限元计算结果的对比证明所建立解析表达式的正确性.搭建了实验平台,实验结果证明了电机在运行过程中转子能够稳定地悬浮在中心位置,并且转矩控制与悬浮力控制可以自然解耦,实现独立可控的磁悬浮运行.