双转子发动机转子-机匣碰摩振动特征研究

双转子发动机发生转静碰摩时,会出现高低压转子组合频率(频率和、频率差),但无法区分高、低压转子碰摩。采用简化的动力学模型,讨论双转子发动机转子与机匣碰摩的情况,认为碰摩力往往是一个旋转的力,并对碰摩的三种形式进行了理论分析和数值仿真。发现高压转子发生碰摩时,会出现高压转子的整数倍频NΩH及组合频率NΩH±ΩL的频率成分;低压转子碰摩时,则会出现低压转子的整数倍频NΩL及组合频率NΩL±ΩH的频率成分。组合频率成分在转子上反映并不显著,在机匣的振动响应中则会很突出。开展了双转子碰摩实验研究,实验结果和发动机实测结果均验证了上述结果的正确性。

双转子发动机转差引起的叶片尾流激振

介绍了双转子结构发动机在飞行使用中高、低压转子转速差随转速的变化特点,提出了转差可能在高、低压转子交界处的动叶间引起尾流激振的观点,并通过计算实例对转差引起的叶片尾流激振特点作了简要描述.与导向器的尾流激振比较,转差引起的叶片尾流激振有着易激起危险的低阶振型、共振转速范围宽和激振强度低的特点.

新型双转子发动机功率传输装置的运动学特性

提出一种基于摆盘和凸轮组合机构的双转子发动机功率传输装置。其结构简单、布置方式完全对称,平衡性好,能够通过凸轮控制转子的运动规律。为分析和研究该机构的运行特性,通过欧拉法建立该机构的基本运动学模型,计算出其运行轨迹,凸轮轮廓线等。分析了主要结构参数,如滚子轴线夹角和摆盘倾角,对其容积变化规律的影响。主要结论如下:滚子轴线夹角越靠近90°,气缸容积变化幅值越大。摆盘倾角与容积变化规律是成正比的,对于四叶片活塞转子而言,摆盘倾角最大取值约为65°。在实际中,滚子轴线夹角最好取90°,摆盘倾角要在留出足够叶片活塞厚度的前提下尽量取较大的值。

新型双转子发动机功率传输装置的运动学特性分析

在长期的社会发展过程中,由于进一步加深的能源危机,很多其他的问题也相继出现,例如空气污染问题,这就要求未来发动机的发展方向是轻型、高功率、高密度并且高效率的。双转子发动机已经成为目前研究的一个热点。针对新型双转子发动机功率传输装置的运动学特性进行分析,以供参考。

双转子发动机整机高涡转子动应力测试方法

设计了一种基于“遥测+长跨距引线导管”的双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试机构,并结合轴间遥测冷却仿真设计及定制化的高温应变计,在国内完成了双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试,获取了整机状态下全转速范围内高压涡轮转子叶片的动应力数据。测试结果表明:该设计的动应力测试机构及其冷却方法有效解决了双转子发动机整机高压涡轮转子测试信号引出困难、信号传输稳定性差等问题,定制化的高温应变计及其安装防护技术克服了整机高压涡轮叶片上极端高温、气流冲刷、空间狭小等恶劣安装条件。该测试方法可为相关测试任务提供重要借鉴。

基于GasTurbTM的双转子涡扇发动机性能研究

基于国内外涡扇发动机及其部件特性研究结果,本文旨在以双转子高涵道比涡扇发动机E3某型号为研究对象,通过GasTurbTM仿真平台,建立动态部件模型。基于相似理论及模化原理,在核心机工作点匹配约束条件下,对其部件特性进行研究,从而获得航空发动机在非稳定工况下的整机性能和工作特性。研究结果表明:在其他条件一定的情况下,双转子发动机的核心机效率和流量随高低压转子转速的增大而增大,伴随着涡轮前温度的升高,推力逐渐增大,耗油率先增大后减小;高压压气机的增压比偏离设计值的程度对油耗影响较为明显。

双转子涡喷发动机转差影响分析

转差直接影响发动机在使用中的可靠性、成为双转子发动机台架验收的主要指标之一,转差问题严重制约了航空发动机的生产进度、并额外占用大量企业资源,因此对双转子涡喷发动机转差的研究尤为重要。本文利用Gasturb软件建立双转子涡喷发动机数学模型,将高压涡轮导向器面积、低压涡轮导向器面积、喷口面积分别作为影响因素自变量,进行整机性能计算,主要研究了其对发动机推力、耗油率、燃烧室出口温度、高压转速以及低压压气机稳定裕度、高压压气机稳定裕度的影响规律,试图为发动机单项性能提升提供一定理论指导。

机动飞行条件下航空发动机双转子动力学实验研究

利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台分别模拟飞机在进行俯仰运动、横滚运动和偏航运动时系统的振动,研究了机动飞行对双转子系统的动力学特性的影响。实验结果表明,飞机作横滚匀速运动、俯仰匀速运动时在内外转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩对系统振动瞬态幅值有很大的影响,总结了不同机动飞行条件对航空发动机双转子的动力学响应的影响特点。

双转子涡扇发动机振动基准曲线的建立及应用

为保障双转子涡扇发动机的安全试飞,针对双转子涡扇发动机的振动特点,基于飞行试验中发动机振动加装参数专门建立了双转子涡扇发动机的振动基准曲线。与传统单一振动限制值监测的方法相比,基于振动基准曲线的方法充分考虑了发动机的工作状态、发动机的个体振动特点和差异,对发动机振动状态具有更强的敏感性,更能反应发动机的工作状态。通过录取发动机不同工作状态下的试飞数据,建立了某型涡扇发动机高低压转子基频分量的振动基准曲线,为发动机事后离线振动监测提供参考,为发动机的安全试飞提供保障。

机动飞行时航空发动机反向旋转双转子动力学实验研究

利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台,分别对飞机在俯冲运动、偏航运动、横滚运动和俯冲-偏航耦合运动时双转子系统的振动进行测试,研究了机动飞行对反向旋转双转子系统动力特性的影响。实验结果表明:机动飞行在转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩将对转子的轴心运动轨迹和振动响应产生明显的影响。

双转子涡扇发动机碰摩振动特征研究

针对某双转子涡扇发动机转子叶片-机匣碰摩振动问题,建立了新型叶片-机匣碰摩的力学模型。将所提出的碰摩模型应用于某型发动机转子-支承-机匣整机模型中,开展了高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩仿真分析。分析结果表明:碰摩导致整机振动值较大幅度的增大,同时伴随着高压转子倍频和高低压组合频振动成分。对某发动机整机试车振动数据分析表明:其振动偏大主要是由于工作过程中转子和静子机匣的热变形不协调导致的高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩引起的,主要特征表现为振动总量和高压基频振动的增大,同时伴随明显的高压2倍频振动和高低压组合频振动。仿真分析结果与发动机实测振动数据基本一致。

符号运算方法在双转子涡喷发动机动态模型建立中的应用

基于符号微分运算对偏微分的解析解方法,提出了1种双转子涡喷发动机动态数学模型建立的方法。在给定双转子涡喷发动机稳态点数据和高、低压压气机特性线的条件下,通过符号微分运算,可获得关于该线性微分代数方程组系数的解析解,简化了发动机的建模过程。

双转子民用涡扇发动机持久试验的三红线状态自动匹配技术研究

本文以某型双转子民用涡扇发动机为例,根据AC-33.87-1A咨询通告以及国外试验实践经验,依托发动机性能计算软件GasTurb和多学科优化软件Isight,搭建了一套三红线状态自动匹配计算平台,采用多目标寻优算法,以多种不同的发动机调节手段作为变量,实现了在给定额定推力/功率和红线值条件下,快速匹配出满足最小改装量要求的调节手段组合,给出了试验构型改装方案。该三红线状态自动匹配计算平台大大提高了持久试验设计的工作效率,同时也为不同调节手段对三红线状态的进一步研究提供分析平台。

发动机转子支承方案安全性、可靠性考虑

安全性、可靠性设计在大涵道比发动机研制中占有越来越重要的地位,本文阐述了在发动机转子支承方案设计中影响安全性、可靠性的主要因素,通过对国外成熟发动机的典型结构进行对比分析,从转子支点布局、承力框架布局、止推轴承的位置三方面考虑,以实现结构的简化、转静子合理间隙的控制,以及轴承载荷的优化为目标,提出提高双转子大涵道比发动机安全性、可靠性的具体措施.

基于机匣应变的航空发动机碰摩故障识别

针对双转子航空发动机采用柔性机匣设计理念,提出了在进气机匣或中介机匣承力支板加装应变桥路,从机匣动应变中提取特征频率来识别发动机转静碰摩故障的一种方法。建立了简化的转子-机匣碰摩动力学模型,分析得出了双转子发动机转静碰摩特征频率,利用该特征频率准确识别出了某型发动机飞行试验中多次转静碰摩故障。理论分析和飞行试验表明:机匣应变能够灵敏的拾取转静碰摩振动信号;双转子发动机发生转静碰摩时,振动频谱中会出现mΩH ±nΩL高低压转频组合频率成分,可依据该组合频率来判断碰摩故障是否发生;振动频谱中出现mΩH ±ΩL组合频率成分并不能定位高压转子发生碰摩,同理,振动频谱中出现ΩH ±nΩL组合频率成分也不能定位低压转子发生碰摩。

E3E发动机的最新研制进展

RR德国公司于2012年9月在斯图加特大学的高空试验台上成功完成了最新制造的全新双转子发动机核心机试验。在40h的试验内容中，重点模拟了恶劣天气下贫油燃烧室试验项目。

双轴涡轮喷气发动机实时模型研究

发动机的实时模拟是研究发动机数字控制系统必不可少的基础。作者首次采用微型计算机[IBM PC/286]对某型双轴加力涡轮喷气发动机进行实时模拟研究，经过对发动机各部件特性的适当处理，很好地解决了实时模型的计算精度和计算速度之间的矛盾，得到了一个简单而又较为准确的发动机实时模型。经过与实际试车数据和非实时数学模型计算结果相比较，本文提供了数学模型无论是稳态性能还是动态响应都能很好地反映发动机的真实物理过程，具有一定的使用价值。

基于改进牛顿法的航空发动机起动建模技术

为进行涡扇发动机起动过程性能仿真研究,在发动机慢车以上部件级模型的基础上,通过指数外推法获得低转速部件特性,在建立起动附件模型的同时,修正起动过程各部件总压恢复系数,从而建立起包含地面起动过程的全状态性能模型。在求解发动机各部件共同工作非线性方程组时,采用基于传统牛顿拉夫森迭代求解方法的改进方法,即在第1次完成中心差分得到Jacobian矩阵后,使用修正项迭代更新上一步的Jacobian矩阵。结果表明:该建模方法可以有效地建立起动过程性能模型,并大幅改善模型的执行效率、提高模型仿真求解速度。

六点支承航空发动机双转子系统动力学离散模型

针对六点支承形式的航空发动机双转子系统,建立了复杂离散动力学模型,对该模型进行结构降维,得到了两种简化动力学模型.首先采用有限元法建立了较为精确的多轮盘复杂离散动力学模型,然后基于质心集中方法对该模型进行了简化,分别得到了四轮盘双转子简化动力学模型和三轮盘双转子简化动力学模型,并将其与复杂离散动力学模型进行了临界转速的对比.结果表明,简化得到的四轮盘双转子简化模型,前三阶相应临界转速误差分别在5%,22%,10%之内,可以很好地保有原系统的动力学特性;简化得到的三轮盘双转子简化模型,在柔性支承下,前三阶相应临界转速误差在15%之内,可以较好地保有原系统的动力学特性.最后,给出了3种模型不平衡响应的对比分析图.这是一种从结构上将实际多轮盘双转子简化成少轮盘双转子的方法,降低了双转子系统的自由度,有利于在考虑到故障、支承非线性等因素后的理论计算分析.