考虑温度影响的气膜阻尼结构抑振率分析

气膜阻尼能够有效抑制航空发动机叶片的多阶振动,且具有结构简单、附加质量小等优点。针对带气膜阻尼平板结构,建立了带气膜阻尼平板振动模型,推导出考虑温度影响的抑振率表达式;采用有限元法,研究了均匀温度场和非均匀温度场对气膜阻尼结构抑振率的影响。结果表明:①无论是在均匀温度场还是非均匀温度场下,带气膜阻尼平板均表现出较高的抑振率;在两种温度场下,平板温度由20℃增加至600℃,带气膜阻尼平板抑振率增幅均不超过10%。②气膜内气体温度由室温20℃增加到600℃时,带气膜阻尼平板抑振率增幅变化不超过4%,气膜内气体随温度变化对带气膜阻尼平板抑振率影响较小,可适用于不同温度环境。③当平板振动为二扭振型时,气膜阻尼结构抑振效果不仅大幅下降,而且吸振薄板的振动会加剧平板本身的振动,且在不同温度梯度下都可能出现。

带气膜阻尼悬臂平板振动特性的统计能量分析

针对航空发动机风扇叶片气膜阻尼的结构设计,采用统计能量分析法深入分析了气膜阻尼系统的振动特性,建立了带气膜阻尼悬臂平板的阻抗传递模型。基于多物理场耦合机理,将气膜内气体的流动分别等效为不可压缩和可压缩流体的流动,推导出气膜阻尼结构的阻尼比方程,研究了带气膜阻尼悬臂平板全频段范围内的振动特性。结果表明:气膜阻尼系统对平板有很好的抑振作用,并且气膜阻尼系统的振动存在临界频率,在临界频率以下,不可压缩流体模型与可压缩流体模型几乎无差异,但在临界频率以上,可压缩流体模型能够更好地计算气膜阻尼系统的阻尼比,更符合实际流体的泵吸效应。

电容式微加速度计的气膜阻尼分析

针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸和速度有关,还与固体壁面的材质、表面粗糙度和光洁度等特性有关。通过实例分析给出了三种减小气膜阻尼的方法,指出动量协调系数是影响气膜阻尼(尤其是压膜阻尼)的关键因素之一。

带气膜阻尼悬臂平板的振动特性研究

针对航空发动机叶片振动疲劳损伤问题,建立了带振动能量耗散机制的气膜阻尼理论模型。将气膜内气体的流动分别等效为牛顿流体的流动和泊肃叶流体的流动,推导出气膜阻尼结构的阻尼比方程,研究了带气膜阻尼悬臂平板的振动特性。目的是为航空发动机风扇叶片气膜阻尼的结构设计提供理论依据和技术支撑。结果表明:泊肃叶流体能够考虑更多的振动能量耗散机制,计算得到的阻尼比要大于由牛顿流体得到的阻尼比;当平板振动频率比较低且流体附面层厚度的影响不能忽略时,气膜阻尼存在最优厚度;气膜的厚度、长度等几何尺寸对气膜阻尼的抑振效果有较大影响,在设计时应予考虑;气膜阻尼结构的安装位置不仅影响平板的抑振效果,而且改变了平板的共振频率。

矩形截面电容式微加速度计气膜阻尼研究

基于滑流修正的气体压膜雷诺方程,分析了矩形截面电容式微加速度计的敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼指出了质量块受到的气膜阻尼力不仅与尺寸和速度有关,还与动量协调系数有关;得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。

带气膜阻尼平板的振动试验研究

建立了带气膜阻尼结构的平板模型,采用非接触式激光测振系统研究了带气膜阻尼平板的抑振特性及其阻尼比,通过试验数据分析获得了气膜阻尼参数对其抑振特性的影响规律。结果表明:气膜阻尼对平板的各阶振动均有较好的抑制效果,同时气膜阻尼表现出半主动抑振特性;气膜阻尼安装位置靠近平板自由端时,抑振效果最好;气膜厚度与阻尼比符合负指数函数关系。

气膜阻尼技术的试验设计

本文针对气膜阻尼技术在航空发动机上的应用,开展模拟平板的振动试验研究,为气膜阻尼的应用提供技术支撑。设计了平板试件,提出了平板尺寸确定方法,确定了平板试件的结构参数;建立了风扇叶片模拟平板试件的振动测试方法,根据气膜平板振动特性提出了试验仪器选择标准;分析试验中不确定因素的影响,为振动试验的进行提供技术支持。

带气膜阻尼结构振动特性的理论研究

针对航空发动机气膜阻尼的结构设计需求,基于挤压间隙流理论和能量方程建立气膜阻尼的力学模型,由此获得气膜阻尼结构的等效刚度系数和等效阻尼系数,通过振动方程的理论推导获得放大因子的表达式.结果表明:气腔厚度、气腔初始压强、吸振薄板模态频率和安装位置是影响减振效果的关键参数.气腔最优厚度主要由附面层厚度和实际振动频率决定,需结合实际情况确定气腔厚度,以最大程度降低振动响应;气腔初始压强越高,阻尼系数越大;吸振薄板的固有频率应尽可能与叶片本体接近,并且安装在本体振动响应最大位置,以取得最好的减振效果.

反转轴间气膜密封振动过程分析

对一种双端面反转轴间气膜密封因外界扰动而引起的振动进行了研究,用有限元方法计算了两个端面的气膜刚度和阻尼,分析了瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程,并研究了系统质量、压力等因素对振动的影响。结果表明,系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同的环道质量对系统的振动收敛时间影响不大;系统的压差越大,所能承受的扰动力越小,越易瞬时振动失稳。该计算结果对气膜密封的动力学响应分析具有一定的指导意义。

反转轴间气膜密封动特性分析

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于5μm下尤为明显;系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.

滑流边界条件下MEMS微圆盘的气体压膜阻尼分析

在考虑滑流边界条件的基础上,分析了微缝隙间气体流动的特性,提出了一种粘度修正的分析方法。基于微缝隙气流的粘度修正模型,分析了气体对微圆盘的压膜阻尼效应,得到微圆盘表面的压强分布、压膜阻尼力和压膜阻尼系数的解析解。通过与有限元数值解进行对比,两者结果吻合非常好,误差小于0.0468%,证实了解析解的正确。指出MEMS微圆盘的气体压膜阻尼不但与结构尺寸有关,而且与固体壁面的材质、粗糙度和光洁度等有关。

MEMS扭转光开关压模阻尼研究

基于MEMS技术的光开关是光通信领域实现全光交换的核心器件。针对一种常用的静电扭转驱动光开关,基于流体动力学方程,采用格林函数(Green's function)分析了压膜阻尼系数的解析求解方法,并以流场分析技术进行了气体压强分布仿真,进而求解压膜阻尼,运用解析计算与数值仿真得到的参数进行系统仿真与实验数据比对,证实了建模的准确性。

MEMS光开关阵列的设计与应用

针对如何缩短防空导弹系统反应时间的问题,设计了一种MEMS(micro electro mechanical system,微机电系统)光开关阵列,用于控制防空导弹系统各分系统模块之间的信号传输。该光开关阵列由8组双层静电梳齿结构的光开关组成,每组光开关均控制一个防空导弹系统子模块的通断。根据拉格朗日-麦克斯韦方程,建立系统的机电动力学模型,确定质量、弹性系数、电容、气膜阻尼等主要参数。仿真结果表明:MEMS光开关的响应时间为0.627ms,稳态位移为4.724μm,最大位移为6.801μm,将相同阶段的反应时间缩短为原先的1/4。由此可以得出结论:MEMS光开关阵列不仅缩短了防空导弹系统的反应时间,而且保证了系统的稳定性。

气体轴承的动态特性分析及实验研究

针对气体静压主轴回转误差求解不准确的问题,提出了一种利用气膜阻尼模型预测气体轴承动态特性的计算方法,揭示了气膜阻尼影响气体轴承动态特性的内在机制。首先通过微扰动法和分离变量法对气体轴承的气膜阻尼系数建模并求解分析;然后将气膜阻尼系数引入轴承转子系统进行动力学建模,计算分析阻尼系数对气体轴承动态特性的影响;最后搭建气体轴承回转误差测量试验台,得到主轴实时回转跳动误差信号并与理论结果进行对比。实验结果表明:与未考虑气膜阻尼特性的回转跳动误差相比,考虑气膜阻尼特性计算的主轴回转跳动误差值更加接近实验测量值,考虑气膜阻尼特性使主轴跳动误差率减小了4.93%~8%。研究结果可为气体轴承动态特性的预测和精度控制提供理论参考。

六轴硅微静电加速度计的悬浮回路设计

传统的静电加速度计在空间微弱加速度测量方面可以获得极高的分辨率。提出了一种采用静电悬浮、可实现六轴加速度测量的微静电加速度计。敏感组合件采用玻璃-硅-玻璃三层键合结构、体硅加工工艺;检测质量采用"回"字形结构,以提高加速度计的径向量程和刚度。利用有限元软件分析了大气环境下检验质量的气模阻尼特性,对六自由度静电悬浮回路进行了建模与分析,提出了实现六轴加速度检测的控制方案。给出了静电悬浮回路的仿真结果,评估了六轴加速度计的性能。

指尖密封/转子系统密封力的一种计算方法

指尖密封作为转子系统中组成部件,其与转子之间的相互力学作用对系统动态特性会产生影响。从系统的观点研究提出指尖密封密封力的计算方法,是构建和开展转子系统动力学模型和相关动力学分析的基础工作。本文首先通过流固耦合分析实现了嵌入指尖密封结构效应的指尖密封气膜刚度与气膜阻尼计算,构建了指尖密封气膜刚度和气膜阻尼拟合公式,在此基础上结合指尖密封-转子的接触处理,建立指尖密封/转子相互作用力学模型,提出了一种适用于转子系统动态分析的指尖密封密封力的计算方法,并通过算例实施了指尖密封密封力计算流程,同时探讨了密封力与密封工况条件的关系。计算结果表明:指尖密封气膜刚度随密封压力差增大而增大,转子转速对气膜刚度的影响很小;指尖密封气膜阻尼随密封压力差和转子转速的增大而减小。接触区的密封力随转子涡动幅值增大而增大,但基本不随转子转速变化,非接触区的密封力随转子涡动幅值的增大而减小,随着转子转速增大而增大。指尖密封的密封力随时间呈周期性变化,密封力变化频率随转子转频增加而增加。