某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除

针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题,开展了时域和频域分析,指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。推导了航空发动机拍振引起的振动响应,建立了某型航空发动机双转子动力学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,当发动机两个激振力频率相近时,会产生拍振引起振动波动,仿真结果与试验结果相吻合。结合发动机结构和其工作特点,分析了发动机形成低压倍频-高压基频耦合拍振的条件,给出了拍振排除方法,并通过试验验证了方法的正确性。工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系,将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。

高温磁悬浮轴承-转子系统建模与动力学分析

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真得到转子在不同温度下的温度分布,并使用多项式拟合转子轴向温度分布;基于有限元方法推导柔性转子单元的动力学模型,引入温度影响,建立考虑温度影响的磁悬浮轴承转子系统整体动力学模型,并通过模态试验验证模型的准确性;基于理论动力学模型分析系统的动态特性.结果表明:温度升高会导致转子的前三阶支承模态频率下降,增大各阶幅频响应幅值;当温度从常温升至450℃时,转子的前三阶弯曲支承模态频率分别降低了3.818%、5.670%、3.183%,前三阶弯曲模态幅频响应幅值分别升高了83.4%、34.4%、24.1%.

机动飞行下磁流变阻尼器-转子系统动力学特性

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上,考虑磁流变阻尼器作用,研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明,机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击,激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下,变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外,在机动飞行下,由于轴颈离心率较大,易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

突加不平衡下GTF发动机转子系统瞬态响应分析

针对GTF发动机低压转子系统突加不平衡瞬态响应问题,基于有限元法建立了考虑啮合单元、行星架单元、膜盘联轴器单元的多体接触、多转子耦合动力学模型,介绍了考虑非线性因素下突加不平衡瞬态响应计算方法,求解了低压转子系统的突加不平衡瞬态响应,并分析了关键部件刚度对突加不平衡的影响规律。结果表明:当风扇转子发生突加不平衡时,各部件均表现为振动幅值突增,后迅速趋于稳定,低压涡轮转子发生明显拍振,突加不平衡载荷主要由行星架结构和第1.5支点刚性支承承担;行星架刚度主要影响风扇转子突加不平衡响应、第1.5支点和行星架处的外传力;膜盘联轴器刚度主要影响增压级突加不平衡响应、转子在突加不平衡之后稳定运转情况。

弹支干摩擦阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机的减振特性

为研究弹支干摩擦阻尼器在带有轴承共腔结构的涡轴发动机减振特性,基于阻尼器动静摩擦副的运动特征,提出弹支干摩擦阻尼器位于轴承共腔结构处的附加刚度和阻尼的计算方法,建立了弹支干摩擦阻尼器与涡轴发动机耦合的有限元模型。通过数值求解,分析不同支点阻尼器对涡轴发动机各阶模态减振效果及阻尼器对可控模态的减振机理。基于以上工作提出了阻尼器各阶模态减振设计方案。结果表明,通过设计弹支干擦阻尼器的支点位置、个数、正压力及控制转速区间等参数,可实现阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机各阶模态振动的有效控制,最大减振比达95.6%。

支承刚度各向异性对双转子系统进动状态的影响

为提高航空发动机的推重比,航空发动机静子系统的工程解决方案常引起转子系统支承刚度各向异性,进而对转子系统的动力学特性产生显著影响。针对支承刚度各向异性的双转子系统,建立动力学特性计算模型,在验证计算模型准确性的基础上,研究支承刚度各向同性和各向异性对双转子系统固有频率、进动状态和不平衡响应的影响。研究结果表明:支承刚度各向同性时,双转子系统Campbell图中的低阶固有频率线出现交叉,而支承刚度各向异性使低阶固有频率线具有相互分离的趋势。支承刚度各向同性时,不平衡力仅触发转子系统的正进动运动,转子进动轨迹为圆形;而支承刚度各向异性时,转子系统的反/正进动均被不平衡力触发,转子进动轨迹为椭圆形。支承刚度各向异性时,在某些转速下转子系统不同位置处的进动方向可能不同。支承阻尼减小转子系统反/正进动的振幅及反进动的转速区间,降低支承刚度各向异性对双转子系统动力学特性的不利影响。

某航空发动机模拟转子动力学试验方案优化

针对某航空发动机动力涡轮模拟转子动力特性试验过程中发生的设备动力输出轴振动故障,提出在试验器与转子试验件之间增设中支点的优化方案,并通过有限元模型对新方案的试验转子系统进行动力学分析。从分析结果来看,增加中支点不但可以抑制动力输出轴的振动响应,还能减小动力输出轴对模拟转子动力学特性的影响。采用优化方案后,在后续的试验过程中,动力输出轴的振动得到控制,模拟转子平稳地运行到试验目标转速。研究结果表明,在试验器与转子试验件之间设置中支点的试验方案可以提高动力输出轴的稳定性,为转子试验提供安全保障。

航空发动机露天试车台测试计量校准研究

利用ANSYS workbench静力学分析模块对航空发动机露天试车台的计量校准问题进行了探讨。首先,仿真计算了航空发动机露天试车台在不同载荷下的形变,与试验数据进行对比验证计算结果的准确性;其次,基于ASHRAE模型计算了太阳辐射强度。利用ANSYS热分析模块对太阳辐射引起的试车台结构温度变化进行了分析;最后,利用模态模块研究了露天试车台在阳光照射下的动力学特性变化规律。结果表明,静态分析模拟和试验的平均误差小于15.29%。试车台的固有频率受温度影响变化较小,当试车台的温差为50 K时,六阶固有频率可降低0.03 Hz。这些结果对推动航空发动机露天试车台试验参数标定具有重要价值。

某型航空发动机双转子系统碰摩分析及挠度抑制方法研究

针对航空发动机的碰摩故障,建立某型航空发动机转子系统三维有限元模型,进行临界转速计算、低压转子瞬态响应和双转子系统碰摩风险分析;进行双转子系统碰摩响应计算,得出双转子系统碰摩工况和位置识别;采用限位轴承进行挠度抑制。结果表明:双转子系统碰摩工况与位置符合低压转子瞬态响应与临界特性,低压转子的2、3阶临界特性受到了抑制。

大机动过载下不平衡转子的弯扭耦合振动分析

针对未来无人机承受较大机动过载的特点,基于Timoshenko梁以及圆盘单元理论建立任意机动飞行条件下不平衡转子系统的弯扭耦合振动有限元模型,分析大机动过载情况下转子的非线性响应特征。结果表明:机动飞行工况下,在弯曲自由度和扭转自由度上都产生了新的次谐振动频率成分;各频率成分幅值被放大,弯曲自由度和扭转自由度耦合增强;当转速超过1阶弯曲临界速度时,周期性明显变差。

某型航空发动机压气机滚棒轴承失效故障分析

以某型航空发动机压气机的滚棒轴承为研究对象,针对整机试验时,振动突增、膜盘联轴器连接轴断裂的问题。首先根据检验理化分析及振动数据分析的结果,确定了“滚棒轴承损坏”是导致故障的直接原因。再结合故障树对可能引起轴承损坏的各种原因进行排查,最后通过中心拉杆变形量分析、模态试验与弹支振动应力数据分析,确定“轴承预紧力偏小引起转子失稳”为故障的根本原因。揭示了故障发生的机理过程,确定了故障原因,并提出发动机装配过程中,关注中心拉杆变形量的同时还需考虑叶片盘的轴向变形,为其他型号的设计及装配提供参考。

新能源风力发电的研究综述

在调研相关文献基础上,综述了新能源风力发电的现状和未来发展趋势。主要围绕以下方面展开:风力发电和风力机组的发展历程及发电原理,新型风力涡轮机如垂直轴风力涡轮机、大型风机等的研究成果,新技术如多旋翼式风力涡轮机、海上风力发电、风能储存等的发展,风电发展中存在的问题和亟待解决的挑战如风力资源利用效率低、风电场稳定性等。

主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究

为实现主控式弹支干摩擦阻尼器控制发动机转子振动,设计了一种新型阻尼器结构并建立相关的动力学参数设计方法,利用发动机高压转子模拟实验器对设计阻尼器的减振特性进行了仿真分析和实验验证。结果表明,一体化构型设计的阻尼器能够有效控制转子振动,最大减振比可达到95.5%;不同临界转速下各个阻尼器控制效果不同,为实现控制目标,正压力的分配应与所控制临界转速振动位于阻尼器所在位置处的比例相关;静摩擦片质量和安装刚度应综合考虑多阶模态,以及控制对象的最高转速。

航空发动机振动突增问题分析

针对某型航空发动机在试车过程中的稳态振动突增及高压转子轴心轨迹变化,基于动力学普遍方程及实际发动机的具体情况,开展了故障因素排查;采用数值仿真计算方法建立了双转子发动机动力学分析模型,分析了K5支撑刚度对整机振动的影响。结果表明:K5支撑刚度由各向同性到各向异性状态且刚度值发生变化,发动机支点的振动值将增大且轴心轨迹发生改变,仿真结果与试车结果一致。分析认为稳态振动突增及转子轴心轨迹变化的主要原因是支撑刚度变化造成的,其主要由于发动机涡轮后机匣在工作过程中受热变形,促使拉杆由自由向拉紧状态变化,导致K5支撑刚度发生变化。研究方法及分析结果对发动机整机振动异常排故具有指导意义。

Alford力和中介轴承对双转子系统动力学特性的影响

以航空发动机典型双转子-中介轴承系统为研究对象,综合考虑发动机工作时气流激励力的影响和双转子中介轴承特性,研究了包含气流激励Alford力和中介轴承非线性力的双转子系统的动力学特性。采用Euler-Bernoulli梁理论建立了系统的动力学模型,在模型中引入非线性中介轴承力与Alford力,利用有限单元法和Newmark-β法求解了系统的动力学响应。计算结果显示,Alford力以组合频率和连续频率的形式影响系统运动,而且极易激起中介轴承力的非线性特性。Alford力会使系统的临界转速变大。随着转速的增加,中介轴承力对转子系统的影响逐渐减小,而Alford力的影响则逐渐增加。此外,中介轴承游隙的变化与Alford力的特性深度耦合,不同的游隙下轴承力与Alford力共同引起系统的周期、拟周期和混沌等不同的运动状态。

转子支承不对中故障建模与机理分析

针对工程实际所出现的不对中现象,建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型,该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效,依据实际联轴器刚度计算得到等效模型参数;根据等效联轴器模型推导出转子系统由于连接对角向位置的不均匀、连接刚度的差异性和非线性等不确定性因素所产生的不对中激励力,基于此建立含转子支承不对中故障的转子-支承耦合动力学模型。通过故障仿真分析得到转子支承不对中故障激励下的振动特征,通过数值仿真验证了平行不对中和角度不对中故障的2倍频和4倍频现象,以及由于角度不对中产生的1倍频轴向振动现象。利用含套齿联轴器的3支点转子故障模拟试验器进行了特征转速下多种不对中工况的振动响应试验,通过比较仿真结果的精度达到85%以上,表明所提出的转子支承不对中故障通用模型的正确有效性。

基于分离变量算法的静压止推气体轴承节流孔特性研究

首先基于分离变量算法(method of separation of variables, MSV)求解了单节流孔静压气体轴承的层流边界层方程,研究了节流孔附近流场特性,阐明了节流孔出口附近压降现象是由于惯性效应导致,并研究了轴承几何参数和供气参数对压降现象的影响规律。最终提出了压降现象产生的临界条件为压比为0.940 9,也即压比大于临界压比时,压降现象消失。其次基于质量流量相等原则,结合层流边界层的MSV方法及雷诺方程的解析算法,提出了一种计算节流孔系数的新方法,并研究了轴承的几何参数及供气参数对节流孔系数的影响规律。结果显示,节流孔系数存在着参数敏感和不敏感区域,这是由于当压比小于等于0.6左右时,节流孔系数趋近于一个常数0.86左右。

机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究

超精密机床主轴一般采用静压气体轴承支承。文章应用大型商业计算流体软件Fluent,并结合MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出不同参数与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数,基于此,研究了不同参数对单节流孔圆形静压气体止推轴承静态特性影响的规律。首先,将计算的压力分布与文献中的实验数据进行对比,来验证计算模型与边界的正确性;然后,采用MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出轴承半径、节流孔孔径、气膜厚度和外界供气压力与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数;最后,研究了静压气体止推轴承外部供气结构对轴承压力分布的影响;气膜厚度、节流孔直径和供气压力对轴承承载力及入流质量流量的影响。结果表明:外部供气结构对轴承压力没有明显的影响;气膜厚度减少、孔径和外界供气压力的增大会增大轴承的承载力;气膜厚度、孔径和外界供气压力的增大都会增大入流质量流量。

航空发动机双转子轴间碰摩非线性动力学特性

航空发动机双转子之间通常采用封严结构,容易导致双转子发生轴间碰摩。针对双转子轴间碰摩问题,推导了轴间碰摩力模型,结合实体有限元法建立了双转子轴间碰摩动力学模型,并将固定模态界面综合法和数值方法结合,提出了此类高维转子轴间碰摩响应的一般计算流程。基于该计算流程,详细研究了轴间碰摩导致的双转子复杂非线性动力学特性。结果表明:双转子发生轴间碰摩时,主要存在持续碰摩、间歇碰摩和自激振动三种碰摩状态。持续碰摩主要引起双转子间振动耦合;间歇碰摩对转子产生较明显冲击特征,导致转子频域响应中出现多阶模态频率成分及组合频率成分;自激振动则是由切向摩擦诱发的、转子正进动模态频率成分主导的一种运动状态,此时转子呈正向涡动,但振动幅值很高,对转子危害极大。通过减小摩擦系数或碰摩刚度,能显著减小自激振动发生的转速范围,提升转子运行稳定性。

基于小型电机的自动定位转子动平衡机的设计

[目的]电动机转子动不平衡会产生周期性振动,影响电机工作性能、使用寿命及运行安全,探究小型电机转子的动不平衡的测量和调整技术对于国内电机生产具有一定意义。[方法]基于动平衡原理和条件,设计了一款由传动、测控、切削去重校正等模块构成的自动定位转子动平衡机,分析了该动平衡机机械部分和电控部分的设计,并采用测试和试验的方法对不平衡量测量模块进行测试,验证机械部分、电气部分和软件部分的可行性,通过进行整机的效果测试验证动平衡机自动定位测试和铣削去重效果的可靠性。[结果]1)通过用同一转子进行4次测试,系统测量的不平衡量最大误差是第一次测量出的2.1%,最大相位误差1°,说明测量系统能有效提取不平衡振动信号,达到测量系统的要求。2)经过100次相位定位测试,转子定位偏差<0.05°的占73%,转子定位偏差<1°占97%,有3%的转子偏差≥1°,自动定位能够满足系统要求。[结论]该动平衡机可实现自动去重、校正电机转子动不平衡量,但未来仍需深化系统抗干扰性研究,设计集成化和智能化的测控系统电路,在动平衡机上开发智能监控、去重模块技术等,以提高动平衡机的稳定性,实现更高精度的真正意义上的全自动去重平衡。