航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析及验证

针对航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析时,将叶冠工作面一体等效的处理方式导致叶片频率计算精度降低的问题,开展了带冠涡轮叶片盘振动特性研究。提出了一种考虑变形和叶冠工作面实际接触面积的带冠涡轮叶片建模方法,以某型带冠涡轮叶片为对象,采用上述方法完成叶片建模和模态分析,并进行整机动应力测试试验验证,结果表明:采用该模型计算得到的叶片1阶共振频率与实测共振频率基本吻合,两者差异在7%以内。研究工作可为航空发动机带冠涡轮叶片振动设计提供参考。

某型带冠涡轮叶片振动特性及动应力测试数据分析

带冠涡轮叶片是涡轴发动机中的关键部件,由于叶冠工作面在工作时存在接触、相对滑移等非线性特性,给其振动分析和设计带来很大的困难。本文根据某型带冠涡轮叶片整机动应力测试结果,对循环对称的带冠涡轮叶片振动分析方法的精度进行了评估,并结合试验数据对带冠叶片激振力来源、动应力大小影响因素进行了研究分析,为带冠涡轮叶片振动设计提供了参考。

支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速影响分析

本文针对支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速的影响进行了研究。采用实体单元建立了某涡轴发动机燃气发生器转子支承系统的有限元分析模型,运用ANSYS软件对支承系统的静刚度和动刚度进行了计算,随后计算了燃气发生器转子在静刚度和动刚度条件下的临界转速,并对临界转速进行了对比分析。研究表明:支承动刚度使转子的各阶临界转速均有不同程度的下降。因此,在使用静刚度进行转子系统临界转速设计时应再预留一定的裕度。

动力传动轴-机匣系统耦合振动特性

直升机传动系统的振动特性分析时,通常基于单独转子部件或机匣部件,忽视了两者之间的耦合关系,这样可能导致传动系统在使用过程中出现耦合振动问题。以某型动力传动轴-机匣系统为研究对象,基于转静子耦合振动机理,采用有限元方法研究了系统的耦合振动特性,并开展了动力特性试验。分析及试验结果表明:采用耦合振动分析获得的系统振动特性与试验相吻合,其中共振转速误差在10%以内;系统在耦合共振下会出现较为明显的振动响应,在设计阶段应避免系统在工作转速范围内出现耦合共振。研究工作可更好地辅助直升机传动系统的动力学设计。

有机粘土/丁基橡胶和有机粘土/氯化丁基橡胶纳米复合材料的结构与性能

通过熔体插层法制备了有机粘土/丁基橡胶纳米复合材料(IIRCNs)和有机粘土/氯化丁基橡胶纳米复合材料(CIIRCNs),考察了有机粘土用量对纳米复合材料硫化特性、物理性能和气体阻隔性能的影响。结果表明:随着有机粘土用量的增大,IIRCNs和CIIRCNs的t90不断延长,硫化速率降低;拉伸强度和撕裂强度先增大后减小,有机粘土用量为10份时达到最大值;由于加入有机粘土,IIRCNs和CIIRCNs的气体阻隔性能变好,且后者更优。X射线衍射和扫描电子显微镜分析表明,有机粘土用量为10份时,其均匀分散于橡胶基体中,形成了插层型结构。

高速柔性转子-支承系统耦合动力特性计算与试验

随着航空发动机朝着高转速、高推重比方向发展,机匣壁设计得越来越薄,导致转、静子系统间的耦合振动问题突出,增加了发动机整机振动过大风险。针对某型高速柔性转子试验件系统,建立了柔性转子-支承系统的力学模型,采用有限元软件ANSYS对系统进行耦合动力特性分析,并开展了转子系统动力特性试验。结果表明:采用转子-支承系统耦合模型进行动力特性分析获得的峰值转速计算结果与试验结果差异为3%左右;由于支承系统存在共振,转子在工作转速范围内由2个峰值转速40%n、69%n变为3个峰值转速38%n、62%n和84%n,增加的峰值转速落在转速常用工作转速范围内,增加了系统振动过大风险。采用转子-支承系统耦合模型进行转子系统动力特性设计可以避免传统方法仅考虑转子动力特性而忽略了支承系统局部振动和耦合振动带来的振动问题,更为全面地指导发动机转子动力学设计。

榫连接结构叶片盘振动特性研究及验证

针对航空发动机榫连接结构叶片盘振动特性分析时,采用一体化处理建模方法导致计算精度降低的问题,开展了榫连接结构叶片盘振动特性研究。提出了一种考虑榫连接刚度的叶片盘建模方法,以燃气涡轮叶片盘对象,采用上述方法完成了考虑榫连接刚度的燃气涡轮叶片盘建模,在此基础上进行了叶片盘振动分析并开展了动应力试验验证。结果表明:采用考虑榫连接刚度的叶片盘模型得到的叶片共振转速计算精度在6%以内,相比于榫连接结构一体化的叶片盘模型,得到的共振转速计算精度提高50%。研究工作可为航空发动机叶片盘振动设计提供指导。

基于有限元法的直升机动力传动轴的设计

针对某型直升机传动系统的动力传动轴的两种设计构型,计算了动力传动轴两种构型的静强度和临界转速,得到构型Ⅱ动力传动轴是最优设计的结论。动力传动轴的静强度和临界转速计算方法为同类产品的研制提供了参考和依据。

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力分析

针对涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力试验测点位置选取、动应力测试结果开展了系统的分析研究。采用有限元方法对燃气涡轮叶片进行振动分析,结合测点敏感性、叶片模态试验和不平衡量分析对燃气涡轮叶片动应力试验测点位置进行了优化,根据优化后的测点位置方案开展了动应力试验,并从共振转速、激振源、危险模态、高周疲劳评估等方面对动应力试验结果进行了分析。研究表明:非明确结构激振可导致燃气涡轮叶片1阶共振;对于在工作转速范围内存在共振的燃气涡轮叶片,若高周疲劳评估满足要求,也可安全使用。研究工作可为燃气涡轮叶片振动设计提供参考。

轴承共腔-双转子系统耦合振动特性研究

为解决某型涡轴发动机振动超标的问题,针对带有轴承共腔结构的先进民用涡轴发动机转子系统,建立轴承共腔-双转子系统非线性动力学模型,考虑滚动轴承和挤压油膜阻尼器的非线性力,实现了耦合振动的交叉频率成分仿真,揭示了轴承共腔-双转子系统耦合振动的机理,并通过了模拟转子试验验证。研究了轴承共腔-双转子系统耦合振动特性及影响因素,结果表明:轴承共腔-双转子的耦合振动表现为交叉激振现象和轴心轨迹的"圆套圆";共腔结构的角向刚度对耦合振动影响较大,而径向刚度则几乎没有影响。此外,4号以及6号支承挤压油膜阻尼器的油膜厚度同样对耦合振动没有影响。通过缩短共腔结构内外安装边的轴向距离,提高了角向刚度,减弱了系统的耦合振动。模拟试验及整机试验结果表明:轴承共腔结构设计合理,转子振动特性稳定。