轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。

基于原点速度反馈的推进轴系横向振动传递控制研究

螺旋桨脉动力诱导的轴系-壳体耦合振动是水下航行器低频振动声辐射的重要原因之一。针对推进轴系横向振动传递控制,提出一种基于原点速度反馈的主动艉支承控制方法。建立包含六自由度主动艉支承的螺旋桨-轴系-壳体耦合振动模型,考虑原点速度反馈策略,计算主动支承对推进轴系横向振动传递的控制效果。分析结果表明,将六自由度主动艉支承用于横向振动传递抑制,能够在0～200 Hz内有效降低系统固有振动幅值,而且与推力轴承处主动控制相结合,在重点模态频率处可取得更优的控制效果。

含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构,从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题,提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法,分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律,从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明,轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化,通过改变含电磁轴承的支承等效刚度,可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性,减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。

基于动态插值自适应方法的时变轴系纵向振动主动控制

推力轴承纵向刚度随转速变化的特性使推进轴系成为动态特性时变的系统。针对时变轴系纵向振动控制问题,提出动态插值自适应控制方法。建立推进轴系耦合振动模型,由频域方程得到控制通道和干扰通道的频响函数,其次建立动态插值自适应控制方法,通过插值算法动态拟合时变补偿器模型,消除时变动态特性对纵向振动控制算法稳定性的影响。为验证控制方法的有效性,分别对有、无插值的自适应控制方法进行数值仿真,仿真结果表明,动态插值自适应控制方法能有效控制推力轴承纵向振动,避免了无插值自适应控制系统的发散;在不同转速稳态运行下,有插值的控制方法能够极大地抑制推力轴承纵向振动,控制后振动加速度幅值小于无控制条件下的1/20。

螺旋桨-轴系-艇体耦合系统振动控制分析与试验

针对螺旋桨非定常激励力经由推进轴系激励艇体结构从而诱发辐射噪声问题,提出一种轴系纵向振动主动控制方法,将纵振控制器对称安装于推力轴承座上,通过反馈控制抑制轴承座振动。对螺旋桨-轴系-艇体耦合系统进行振动建模、控制和声辐射仿真分析,结果表明由纵向激励引起的艇体振动和辐射噪声能够得到抑制。为验证纵振控制器效果,在推进轴系试验台上进行试验验证,结果表明主动控制能够有效抑制推力轴承基座的纵向振动。

时变轴系纵向振动的主动控制

船舶推进轴系的纵向支撑刚度会随轴速的变化而发生较大变化,使得螺旋桨干扰力引起的轴系振动变为时变振动。本文先建立推进轴系的纵向振动模型,并通过频响综合的方法求得控制通道和干扰通道的频响函数,分析不同刚度参数下系统的动态特性变化。其次,提出在线辨识控制通道模型的滤波自适应控制方法,消除模型误差对纵向振动控制稳定性的影响。为验证控制方法的有效性,对建立的模型进行数值仿真,仿真结果表明,在单频和多频干扰下,提出的控制算法均能有效抑制推力轴承的纵向振动。

多级轴流压气机叶尖间隙工程设计与验证

建立了民用航空发动机压气机叶尖间隙工程设计方法。首先,根据设计点要求进行初始冷态间隙计算,而后基于强度分析得到的变形量、制造公差、配合关系、稳态不平衡响应以及发动机工作状态等因素评估其余考核工况点间隙,经过迭代调整后得到满足安全要求的间隙值,最后根据试验数据修正得到最终冷态间隙值。以某高负荷压气机第7级转子为例开展了叶尖间隙设计,并与试验验证结果进行对比,证明了所提方法的可行性和合理性,采用该方法获得了安全可靠的叶尖间隙设计结果。