航空发动机整机动力学建模及模型确认

针对航空发动机整机结构部件多、连接状态复杂、动力学特性预测困难的问题,提出了基于“超模型”虚拟测试数据的航空发动机整机结构分层次动力学建模及模型确认方法。建立各单个部件的简化模型,在初始无样机时,基于超模型的虚拟测试数据对单个部件简化模型进行动力学模型确认;基于两两连接部件超模型的虚拟测试数据,实现确认后的简化模型两两连接界面的修正与确认,连接部件超模型的虚拟测试数据通过部件的超模型与螺栓连接超模型建模理论获得;建立转子组件的动力学模型,并基于参考数据进行修正与确认;将确认后的转子模型和考虑连接的机匣系统模型进行组合,获得整机动力学模型。以某型涡扇发动机为例,采用该方法建立了其整机动力学模型。确认后的发动机整机简化模型的临界转速预测值与实际发动机整机测试的临界转速参考值对比,误差在10%以内,验证了方法的有效性。

机匣参数对双转子航空发动机整机动力学特性的影响分析

以某航空发动机带机匣双转子试验器为参考,分别采用截锥壳元素法和Timoshenko梁理论对其机匣和双转子系统进行了有限元建模,得到了试验器的整机有限元模型.研究了机匣参数对双转子航空发动机整机动力学特性的影响.研究结果表明:随机匣-转子质量比的增大,机匣的振动先减小后增大,从优化整机振动响应角度出发存在最佳质量比,当机匣-转子质量比约等于0.45时,整机系统的振动最小;采用不同材料的机匣对整机系统的临界转速影响不大,但对整机系统振动具有一定影响,当机匣采用合金钢时,整机系统的振动最小,采用铝合金时,整机系统的振动最大.

俯冲拉起飞行条件下航空发动机整机动力学特性分析

以某航空发动机带机匣双转子试验器为参考,分别采用截锥壳元素法和Timoshenko梁理论对其机匣和双转子系统进行了有限元建模,得到了试验器的整机转子动力学有限元模型。研究了俯冲拉起飞行条件下机匣支承刚度、安装节支承刚度与机动载荷对双转子航空发动机整机动力学特性的影响。研究结果表明:机匣支承刚度与机动载荷对发动机产生转静子径向碰摩的影响较大,而安装节支承刚度对发动机产生转静子径向碰摩的影响相对较小;机匣测点振动随机匣支承刚度的减小而减小,随安装节支承刚度的减小而增大;机匣测点振动对俯冲拉起机动载荷变化不敏感。

航空发动机整机动力学研究进展与展望

航空发动机与航空设备的运行有着直接关联,为了促进我国航空航天领域的发展,促使该领域不断有新的血液融入,相关人员需要不断加强研究力度。航空航天领域是我国科研工作的重要内容,我国政府部门对此非常看重,每一年都会投入大量的科研资金。经过科研人员长时间的努力和付出,我国航空发动机整机动力学研究取得了非常可观的成就,同时也在向着更深层次的领域快速发展。本文就是对航空发动机整机动力学研究进展和展望进行深入探究,希望对相关人员有所启示,促进我国航空航天领域的可持续发展。

航空发动机整机动力学研究进展与展望

近年来,随着我国经济的不断飞速发展,科技投资力度的加大,我国航空航天科技也得到了很大的提高。特别是近年来,我国航空航天发动机也得到了长足的发展。本文就针对我国航空航天发动机整机动力学研究的进展进行综述分析,同时,就我国目前的航空航天发动机整机动力学研究提出自己的建议,并针对其未来发展提出自己的设想。

航空发动机整机动力学研究进展与展望

为了进一步提高航空发动机的稳定性,确保航空航天安全,本文以航空发动机作为研究对象,通过对其整机动力学双转子固有特性以及滚动轴承的系统动力学等相关方面的研究进行阐述和分析,进而对其整机动力学未来的发展方向予以展望。

航空发动机整机动力学研究进展与展望

对近年来航空发动机整机动力学的研究现状、进展进行了综述,包括双转子系统固有特性计算、转子-滚动轴承系统动力学、转子叶片振动、发动机机匣动力学、机动飞行转子系统动力学、航空发动机转子碰摩动力学、航空发动机转子裂纹以及整机动力学等。最后对航空发动机整机动力学今后工作研究的方向进行了展望。

螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术综述

随着螺旋桨发动机安装系统国产化研制进程的加快,需要开展相关的安装系统技术研究,而动力学设计是其中的重要组成部分。本文对比分析了不同结构形式安装系统的动态性能特点,进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计的技术要求,梳理了安装系统动力学设计技术的发展历程和国内外现状,指出国内外差距主要体现在设计理念、关键技术和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术的发展趋势,为当前及未来螺旋桨发动机安装系统的设计技术研究提供了参考。

航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

航空活塞发动机曲柄连杆机构的瞬态动力学特性研究

选取通用航空领域常用的莱康明水平对置四缸航空活塞发动机作为研究对象,利用SolidWorks、ANSYS Workbench软件进行三维建模以及有限元分析。通过模拟发动机在起飞、巡航和降落阶段的工作条件,分别在2700、2400和1600 r/min的转速下对活塞、连杆和曲轴关键部件的等效应力和应变进行研究。实验结果显示,在起飞阶段(2700 r/min),活塞的等效应力和等效应变分别达到91 MPa和0.0017 mm。相比于巡航阶段(2400 r/min),其等效应力分别高出11%,等效应变高出22%;相较于降落阶段(1600 r/min),等效应力高出12%,应变高出29%。连杆在起飞阶段的等效应力和等效应变分别达到162 MPa和8.23E-4 mm,相比于巡航和降落阶段均高出5%和8%。此外,曲轴在起飞阶段的等效应力和等效应变分别达到184 MPa和0.0014 mm,比巡航阶段分别高出17%和59%,比降落阶段高出21%和63%。这一研究结果揭示在起飞阶段,活塞、连杆和曲轴受到了更大的力和变形,为优化曲拐机构设计及提升其在高负荷工况下的可靠性和耐久性,提供了重要的理论依据。

串并联惯容器-航空发动机转子系统碰摩动力学特性分析

为抑制转子系统碰摩,文中提出了采用惯容器吸振方式来抑制碰摩,以提高转子系统的稳定性。首先,基于达朗贝尔原理建立了串/并联惯容器-转子碰摩故障耦合系统动力学运动方程,而后采用4阶Runge-Kutta法对方程进行数值求解,分析了串/并联惯容器-航空发动机转子系统的碰摩振动特性。结果表明:转子系统附加串联和并联惯容器后其振幅均明显的减小,减幅约为50%;转子系统附加串联惯容器后会出现拍振现象,且拍振强度随着惯容系数和飞轮偏心距的增大而降低;转子系统附加并联惯容器后碰摩故障消失,且无拍振现象出现;惯容系数是影响转子系统动力学特性的敏感参数之一。该研究结果为航空发动机转子系统减振提供了一种行之有效的方法。

航空发动机整机耦合动力学模型及振动分析

面向航空发动机整机振动,建立了航空发动机转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.该模型具有如下特点:(1)考虑转子、滚动轴承及机匣之间的耦合作用;(2)考虑了实际航空发动机的弹性支承及挤压油膜阻尼效应;(3)将转子考虑为等截面自由欧拉梁模型,运用模态截断法进行分析;(4)考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(Varying compliance)振动;(5)考虑了转子与机匣之间的碰摩故障.运用数值积分方法研究了航空发动机的整机振动规律,包括:滚动轴承VC振动分析、弹性支承刚度对耦合系统临界转速的影响、转轴模态截断阶数NM对系统响应的影响分析、挤压油膜阻尼器参数对系统响应的影响分析、突加不平衡的瞬态响应分析以及转静碰摩故障特性分析等.

考虑航空发动机支承不同心的整机动力学建模及分析

为了分析支承不同心情况下航空发动机整机的动力特性,提出1种航空发动机支点支承不同心故障的建模和分析方法,将支承不同心转化为支点轴承间隙模型,并将该模型引入航空发动机整机模型中。以某型双转子涡扇发动机的支承不同心为例,对支承不同心所引发的航空发动机整机振动进行仿真分析,结果表明:支承不同心对支点的轴承力影响很大,是导致滚动轴承疲劳破坏的重要原因之一,并且机匣加速度响应对支承不同心不够敏感。仿真结果验证了所建立的支承不同心模型的有效性。

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.

基于拟动力学的航空发动机主轴滚子轴承热弹流润滑分析

以D1842926航空发动机主轴滚子轴承典型工况为算例,基于拟动力学分析结果,获得滚动体与套圈之间的接触微区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式,Wilson-Sheu(W-S)热修正公式和热弹流数值法得到最小膜厚,并与试验测试数据进行了对比,结果表明,H-D最小膜厚误差非常大,W-S热修正最小膜厚比H-D误差要小,但误差仍在40%以上,文中数值结果与试验数据较为一致,误差10%以内;对比不同速度下三种算法的最小膜厚分布,低速时三者较为一致,随着速度的提高,H-D最小膜厚误差越来越大,而W-S最小膜厚在速度增大到一定程度后反而降低;随着径向载荷的增大,润滑膜压力增大,膜厚减小,两端的压力略高于中间;随着转速增大,润滑膜膜厚增大,压力基本没有变化。

航空发动机刷式密封结构的动力学特性研究

为了给研究转子 -轴承 -密封系统提供简单而准确的密封动力特性系数表达式 ,对刷式密封的结构动力学特性进行了分析 ,从弹性理论出发 ,考虑轴颈和密封环之间的非线性摩擦力作用 ,建立了密封环与转子相互作用的非线性动力学方程 ,推出了密封环对转子的非线性支承刚度的近似表达式 ,这一支承刚度的导出为研究转子 -密封 -轴承系统的非线性动力学行为提供了数学模型和方法

国外航空发动机空气动力学研究概况

在航空发动机研制过程中,会遇到一系列空气动力学问题,尤其是压气机、燃烧室、涡轮等重要部件的研究,需掌握复杂的空气动力学流动机理与物理现象。对此,国外进行了大量研究。本文综述了国外主要航空大国在航空发动机空气动力学研究方面的基本情况,主要包括研究机构设置、主要研究工作及重要研究设备。最后,结合国内的研究现状,为我国开展航空发动机空气动力学研究提出几点建议。

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。

航空发动机冲击动力学新生研讨课实验教学改革研究

在航空发动机结构冲击动力学新生研讨课中设计了冰撞击和外物损伤模拟实验教学环节,通过设备技术安全改造、实验方案优化、实验大纲编写、分组实验观察等教学手段,将课堂理论教学与实践教学有机结合,加深学生对结构冲击学问题的认识。通过对学生进行问卷调查,对实验教学在新生研讨课中的教学效果进行了总结与分析。结果表明,在新生研讨课中开展实验教学,有助于学生快速深入地掌握课堂教学理论知识,调动学生参与教学活动的积极性,提高学生动手能力,推动学生理解航空特色,对学生规划未来专业方向起到了较好的辅助作用。

航空发动机薄壁件铣削加工动力学研究进展

铣削过程中引起的加工变形和切削振动是影响航空发动机薄壁件加工精度与质量的主要因素,通过分析加工过程中工件的动态响应特性,从切削动力学角度,基于知识型数控加工过程仿真成为航空发动机薄壁件颤振抑制的一种灵活通用的物理仿真方法。目前,关于航空发动机薄壁件的动力学物理仿真研究主要包括航空发动机薄壁件铣削力建模与试验方法研究、铣削动力学建模和铣削动力学模型仿真与工艺参数优化。