大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞

为了给风扇叶片设计验证和改进提供依据,针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的结构特点和振动强度设计要求,获取了飞行中发动机风扇叶片的振动特性,对风扇叶片振动强度进行了仿真分析,并将分析结果应用于测试方案设计,对飞机和发动机本体进行了改装,建立了飞行试验方法。基于充分的技术准备,完成了国内首次大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞,填补了国内试飞领域的技术空白,掌握了发动机风扇叶片动应力测量试飞技术,为中国开展航空发动机转子叶片动应力测量的研制试飞和适航审定试飞奠定了基础。

涡桨发动机安装节拉杆系统力学分析

基于涡轮螺旋桨发动机安装节拉杆系统,对各拉杆的受力状态进行分析,推导拉杆系统力学方程,并得到拉杆之间的力学关系,结果显示各拉杆所受拉力比值为常数,该常数仅取决于拉杆的尺寸、安装角度、材料参数等。基于ANSYS Workbench建立拉杆系统有限元模型,对该系统进行静力学分析得到拉杆应变随拉力的变化关系,并得到不同拉杆拉力之间的关系,数值仿真结果与理论分析结论相互印证。为基于安装节拉杆的涡桨发动机飞行拉力测量奠定技术基础。

基于推力销应变计改装的发动机推力测量方案与推力销校准试验研究

以发动机推力测量为目标需求,基于发动机推力销在飞机上的布局形式及安装状态,分析其受力状况,对于三点布局的发动机安装状态而言,左右两侧推力销各承受发动机50%的推力。在此基础上通过建模仿真得到不同类型作用力(推力&重力)对不同位置切向应变的影响规律。在推力销上进行应变计改装组成推力测量电桥,并通过与推力校准试验结果对比分析,验证仿真计算的准确性,说明在推力销上进行应变计改装进行推力测量方法的可行性。

基于遗传算法的航空发动机转子动平衡优化计算

为实现航空发动机装机状态下转子动平衡功能,利用影响系数配平法结合遗传算法建立转子动平衡优化算法,该算法可用于计算真实航空发动机转子动平衡方案。通过发动机低压转子单面配平试验数据验证所建立动平衡优化算法的有效性;最终,利用该算法进行航空发动机转子动平衡方案计算,结果显示,单次配平可将发动机各测点在各转速下的最大振动值降低55.3%,表明其工程应用中的有效性。该算法可利用航线飞行中记录的发动机振动数据进行低压转子动平衡,使低压转子振动始终维持在较小水平,对提高发动机可靠性及使用寿命具有重要意义。

基于频谱筛选的航空发动机振动总量提取方法

振动总量是反映发动机整机振动水平的重要指标,也是发动机状态监视的重要参数。如何排除噪声干扰,从成分复杂的振动信号中提取振动总量,直接影响到振动测量结果的准确性。提出一种基于频谱分析的航空发动机振动总量计算方法,在常用的频域振动总量计算方法中加入了分量筛选功能,可有效地提高计算结果精度。通过多次飞行试验数据验证,得到该方法的计算误差为:低频段平均误差为4.0%;高频段平均误差为1.5%。证明其具有很好的工程应用价值。

基于全相位FFT不平衡分析的转子现场动平衡

为了对地面转子试验器进行动平衡,降低其振动量值,掌握转子系统现场动平衡技术,基于全相位快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)建立了转子不平衡量的计算模型,并在地面转子试验器上搭建了不平衡测试系统。试验表明,当转速高于1 kr/min后,计算模型可准确地分析出转子不平衡响应。对转子试验器进行了现场动平衡,结果表明,所建立计算模型在较轻的试重条件下(三圆法无法计算出配平方案),经单次配平可使转子不平衡振动降低77.3%,证明了所建立的不平衡计算模型的有效性与准确性。该模型可用于对其他复杂转子机械的现场动平衡计算。

薄壁壳体结构与实心杆件受剪力作用下应力差别分析

在实施涡桨发动机拉力直接测量时,需对发动机安装节支座进行应变计改装与分析,发现该支座剪切应变的分布形式与实心拉杆(推力销)的分布形式差距较大,分析原因可能是由于两者的结构形式不同所造成的。基于材料力学知识对安装节支座及推力销进行力学简化,将安装节支座简化为薄壁壳体结构,将推力销简化为实心杆件。推导得到两种结构在受到剪力作用时的剪切应变分布形式及特点。并对安装节支座进行数值仿真计算,在此基础上进行了应变计改装方案设计,为后续在薄壁壳体上进行应变计改装工作提供理论依据及指导。

基于有限元的转子动力学建模仿真与不平衡响应分析

为了快速确定转子试验器不平衡测点位置,完成转子系统动平衡,借助有限元分析软件建立了地面转子试验器动力学仿真模型,可用于分析转子系统的不平衡响应特性,进而分析出各转速区间内转子各截面不平衡载荷的分布规律。仿真结果表明在一阶临界转速附近,转子前端的不平衡响应较大,在二阶临界转速附近转子后端的不平衡响应较大。最终,动平衡试验结果表明在一阶临界转速内转子前轴承截面对风扇盘不平衡量的变化较为敏感,而后轴承截面无法有效地反映出不平衡量的变化,证明了所采用的转子动力学仿真分析方法的有效性。

关于转子系统动平衡试重选择的试验研究

转子系统因制造、装配等原因均会产生不平衡现象,需要进行动平衡操作。现有的动平衡方法多是基于影响系数法,其在动平衡计算中需要先添加试重以计算影响系数矩阵,而加装试重的大小与相位会直接对动平衡精度产生影响。通过试验对比研究发现,相比于试重大小其加装相位将对动平衡结果产生决定性的影响。因此,应保持试重相位与初始不平衡相位接近,以保证动平衡精度。

基于双向测量的转子真实不平衡响应分析技术

针对航空发动机等复杂转子机械,部分转子系统中基频振动往往不只受到不平衡一种因素的影响,还可能受到同频干扰振动的影响,导致实际测量的转子基频振动不能准确反映转子不平衡量的问题,通过地面转子实验台试验及理论分析等方式,探究了同频干扰振动对转子不平衡测量结果的影响,建立了一种基于双向测量的转子真实不平衡响应分析技术。利用不同配重构型试验中同截面不同方向的振动测量数据,分析出转子系统的真实不平衡响应。研究结果表明,利用此技术得出的真实不平衡振动可稳定在10.84%以内,提高了现场动平衡效率。

基于BP神经网络的平板叶片阻尼反演方法

航空发动机在工作中容易受到外物撞击,包括跑道砂石、鸟体、机身零件等,对风扇和压气机造成损伤,导致机毁人亡的严重事故;故需要模拟外物撞击转子叶片,建立动态响应数值分析模型;其中阻尼系数是叶片振动分析最重要的物理参数之一;但其无法直接测量。研究采用BP神经网络反演的方法得到平板叶片阻尼比。先取二十组阻尼比的叶片撞击仿真模型中的振幅和衰减时间,通过训练BP神经网络理论得到振幅、衰减时间与阻尼比的映射关系,再将实验得到的真实振幅和衰减时间输入映射关系,反演出真实结构的阻尼比。最后将阻尼比代入另一组参数的叶片撞击仿真,与试验结果进行对比,两者一致性较高,表明反演得到的阻尼参数是合理可靠的。

基于偏相关-灰关联方法的发动机振动影响因素分析

发动机振动是监测发动机安全性能的关键参数,影响因素多而复杂。针对目前存在的问题及需求,提出一种基于偏相关-灰关联的发动机振动影响因素分析方法,并基于飞行试验数据对某型涡轴发动机的振动影响因素进行了关联度分析,得到了影响发动机振动的主要参数,对发动机的试飞工作提供了借鉴作用。

基于虚拟样机技术的航空发动机放气活门机构仿真及故障分析

针对某型航空发动机放气活门机构主动摇臂的多起断裂故障,为寻找故障原因并尽可能缩短排故周期与降低排故成本.借助虚拟样机技术建立此机构的动力学仿真模型,利用动力学仿真软件ADAMS与有限元分析软件ANSYS的联合仿真分析,实现放气活门机构摇臂断裂故障再现,并找出断裂件受力的主要影响因素及其影响规律,估算各受力水平下断裂摇臂的疲劳寿命.最终,分别给出保证摇臂最低使用寿命与全寿命使用情况下的改进建议,即将摇臂与放气活门之间间隙B增大至0.273mm与0.279mm,从而为实际工程排故提供理论依据.