用整体传递矩阵法进行复杂转子机匣系统的应变能分析

提出了一种新的计算转子机匣系统动力特性的方法—整体传递矩阵法，并在此计算方法的基础上进行了系统应变能的计算和分析。整体传递矩阵法对于解决多转子（或机匣）相互耦合系统的问题有其独特的优点。通过分析系统应变能的分布情况可知转子的振动特性，从而确定如何采取减振措施。

端面进气角度对掺氢转子机性能的影响

为了探究进气角度对转子机性能的影响,以复合进气转子机为研究对象,构建并验证了适用于转子机工作过程的CFD模型。通过数值模拟的方法,对不同端面进气角度下氢气/汽油双燃料转子机的缸内流场和燃烧过程进行了研究。结果表明,随着进气角度的增加,从端面进气口进入的混合气与气缸后端盖的撞击点不断向燃烧室前方移动,从周边进气口进入的气体在燃烧室后端形成滚流,缸内混合气的平均涡度变大;在上止点附近缸内会形成与转子运动方向一致的单向流;在点火时刻缸内混合气的流速随着进气角度的增加略有降低,导致火焰传播速度变慢,燃料放热速率降低;相比于进气角度为0°时,当进气角度增加为60°时峰值缸压上升了7.44%,但NO x的生成量增加了27.67%。

容积式摆动转子机

介绍一种新型容积式摆动转子机的构造、运动原理以及机械应用特性,同时介绍其使用和开发前景,并和同用途的其他机种进行了比较。

基于流固耦合的压气机转子叶片非同步振动分析

压气机转子叶片非同步振动是近年来发现的一类新气动弹性问题,表现为叶片振动频率与转频不同步且具有锁频现象,严重影响航空发动机的可靠性和运行安全,目前对其产生机理并不完全清楚.为了深入研究压气机内不稳定流动与叶片非同步振动之间的耦合机制,基于时间推进的方法建立了多级压气机转子叶片全环的双向流固耦合模型,数值研究了刚性叶片与非同步振动柔性叶片的非定常流场、气流激励频率和结构响应特征,揭示了压气机转子叶片非同步振动的流固耦合机制.结果表明:近失速工况下,转子叶尖吸力面径向分离涡的周期性脱落及再附过程是导致叶尖压力剧烈波动的主要原因,其3倍谐波激励频率与转子一阶弯曲固有频率接近,提供了叶片非同步振动的初始气流激励源.叶片非同步振动发生时,位移响应表现为等幅值的极限环特征,振动以一阶弯曲模态主导,径向分离涡产生的非整数倍气流激励频率及其谐波频率最终锁定为叶片一阶弯曲固有频率,非同步振动的运动胁迫使得相邻通道叶尖流场周向趋于一致.研究成果及对叶片非同步振动流固耦合机制的认识可为压气机内部不稳定流动诱发的叶片振动失效分析提供有益参考.

时滞碰摩故障转子-机闸系统的随机稳定性与随机分岔

本文研究了时滞碰摩故障转子-机闸系统的随机稳定性与随机分岔.考虑到转子系统从接收到处理故障信号需要一定时间以及转子所处环境的随机波动,本文建立了一个含有时滞的无穷维随机动力学模型,其中的位置分量和速度分量均存在时滞.本文首先利用中心流形法将系统转化为有限维随机微分方程,用随机平均法推导了方程响应振幅满足的伊藤方程,然后利用Lyapunov指数和奇异边界理论分析了方程的稳定与分岔条件,并求得其联合概率密度函数.最后,通过数值模拟联合概率密度函数,本文分析了转子系统的随机稳定性和随机分岔对时滞及碰摩系数的依赖性.结果表明,时滞和碰摩系数均可诱发系统的随机P-分岔,但二者的影响是相反的:时滞越大分岔现象越明显、稳定性越低,而碰摩系数越大则系统的稳定性越高.本研究可望为旋转机械的设计、运行及剩余寿命评估提供理论依据.

基于同轴度优化的多级压气机转子分段堆叠装配方法研究

压气机转子装配优化技术是通过调节转子各部件之间的安装角度,达到控制转子同心度和初始不平衡量的目的。文章阐述了基于多级压气机转子部件堆叠测量数据,采用分段式堆叠装配方法验证了转子部件优化同轴度的装配技术,从而改善了转子的装配质量。

针对航空发动机修理排故过程的转子等效柔性平衡方法研究

针对某型航空发动机大修后试车振动故障频发问题,为进一步提升高压压气机转子动平衡品质,在现有双面低速动平衡工艺的基础上,提出一种改进的“低转速、三校正面、分步平衡”的等效柔性平衡方法,弥补了传统双面平衡法的不足,对转子分布振型不平衡实现部分补偿。基于该理论方法,制定了工艺操作流程,已对多台发动机高压压气机转子进行了平衡试验,效果良好,提高了一次排故成功率,有效解决了台架试车振动故障问题。

压气机转子叶尖局部削薄对性能的影响

转子叶尖局部削薄可以提升叶轮局部性能,提高效率和压比,广泛应用在航空发动机及燃气轮机的压气机叶片中。选取大涵道比涡扇发动机高压压气机中间级转子叶片为研究对象,对其三维模型进行了多种形式的叶尖局部削薄,并采用数值模拟方法研究了在不同深度、高度和宽度的削薄条件下叶片气动性能的变化。结果表明,叶尖削薄能够改善气动性能。同时,叶尖削薄深度越大,沿弦长方向越长,对气动性能越有利。

轮毂泄漏流对跨声速压气机转子性能影响的数值研究

为揭示转子前缘轮毂间隙泄漏流对高负荷压气机气动性能影响的物理机制,采用轮毂间隙边界条件模化处理方法,开展了轮毂泄漏流对跨声速压气机转子性能影响的三维定常数值模拟,分析了不同轮毂泄漏流量下压气机轮毂壁面流场结构与流态变化特征。研究结果表明:轮毂泄漏流会恶化压气机流通能力,影响程度随着泄漏量增加而逐渐增大。在近峰值效率工况下,当泄漏流量达到0.50%时,压气机流量约减小0.74%。当轮毂泄漏流达到一定强度后,反而呈现出部分正面效果,使得压气机压比或效率得到一定程度改善。轮毂泄漏流通过影响轮毂壁面流场结构空间分布来对压气机气动性能施加影响,尤其是鞍点的位置决定着轮毂间隙下游回流区和顺流区的影响范围以及轮毂壁面横向潜流强度。

叶尖定时在压气机转子叶片裂纹故障排除中的应用

介绍了基于叶尖定时的转子叶片振动非接触测试系统的基本原理。将叶尖定时技术成功应用在涡扇发动机压气机第6级转子叶片振动测试中,获取了全转速范围的叶片振动关键信息。测试结果表明,第6级转子叶片在转速10557 r/min时发生共振,通过单自由度和周向傅里叶算法获取叶片振动信息,包括振动频率和幅值。利用叶片有限元模型建立叶尖位移与叶片关键点应力的位移-应力换算系数,实现叶片关键位置动应力重构。结合古德曼曲线完成极限应力转换,明确共振不是导致叶片出现裂纹的原因。通过压气机逼喘试验,确定所有叶片异步振动迅速增加,幅值增长倍数高达233.33倍。综合压气机前期试验情况,认定喘振试验次数过多和喘振时异步振动急剧增加导致动应力过大是叶片产生裂纹的主要原因。

虑及多转速的核心机转子高速动平衡试验

为满足航空发动机整机动平衡对转子不平衡振动精稳抑制的需求,采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方法,开展了核心机转子动平衡试验。以核心机转子系统为对象,研究在高压压气机转子第4、9级盘上配重抑制高压涡轮振动的可行性。综合考虑核心机转子在多转速下的振动状态,以残余振动平方和及残余振动最大值为目标函数,采用优化算法对配平方案进行优化,制定了核心机转子高速动平衡方案。在核心机转子系统试验台上分别进行了单平面-单转速、单平面-多转速、双平面-单转速以及双平面-多转速动平衡的试验。结果表明:采用虑及多转速状态的转子高速动平衡优化配平方法能使因不平衡引起的核心机转子振动在工作转速区间内均有所减小。

某型涡轴发动机压气机转子动平衡研究

在发动机修理厂中,转子不平衡产生的机械故障占整个发动机故障的30%以上。转子出现不平衡故障会导致整个发动机振动,噪声增大,加速轴承的磨损,影响发动机的寿命,严重时甚至会导致发动机的失效,造成严重的事故。因此在压气机转子装配前,必须对压气机转子进行动平衡试验,使得压气机转子剩余不平衡量低于工艺规定值。经过几年的工作实践探索发现,压气机转子做动平衡时,由于转子放置不当,选择了错误的支撑方式,使得压气机转子重心在重力作用下偏离了转子中心轴线,导致压气机转子两端轴颈发生微变形,从而影响了该转子动平衡实测值。主要针对该压气机转子的放置方式展开研究分析,从而提高压气机转子平衡精度。

转速对复合进气掺氢双燃料转子机性能影响的数值模拟

以复合进气转子机为研究对象,构建了适合转子机工作过程的CFD模型,并结合试验结果验证了所构建模型的准确性。通过数值模拟的方法,分别研究了转速对纯汽油转子机和氢气/汽油双燃料转子机性能的影响研究结果表明,在相同转速下,掺氢可以增加燃烧室内内OH、O和H的质量,进而加快火焰的传播速度,提升燃料的燃烧效率。随着转速的升高,缸内混合气流速和湍动能显著增加,但火焰传播相对转子运动的速度降低。与转速为3000 r/min相比,当转速提升至4500 r/min,6000 r/min和9000 r/min时,峰值缸压分别降低4.22%,11.17%和22.21%,所对应的曲轴转角延迟5.2℃A、7.5℃CA和12.8℃CA。当转速为3000 r/min时,尽管燃烧室内NO_x的生成量有所上升,但CO生成量最低。

某发动机转子-机匣系统局部碰摩的混沌运动研究

以某发动机实验器为基础，研究了转子-机匣系统发生碰摩时的分叉与混沌行为。分析了转子径向碰摩刚度比、偏心质量等参数对转子分叉与混沌特性的影响并与试验结果进行了比较。当转子机匣系统发生碰摩时呈现出非常丰富的动力学行为，除了通过倍周期、阵发性和拟周期分叉进入混沌外，还发现了孪生叉形分叉现象。

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。

超声速压气机转子叶片吸力面抽气抑制附面层分离的机理

针对压气机叶片在高负荷及非设计工况下经常出现的附面层分离状况,采用数值方法研究了叶片吸力面不同位置、不同吸气量时附面层抽吸对压气机转子气动性能的影响.数值结果表明:抽吸位置对抽吸效果有重要的影响,通过在分离区下游一定位置处抽吸,能够很好的抑制附面层分离,改善气流在大分离点处的剧烈变化,减少流动损失,使得级效率和压比均有显著的提高;而在分离区上游或者分离区下游的较远处开缝抽吸,则效果不理想.吸气量对抽吸效果也有一定影响,存在一个最佳吸气量,吸气量过大或者过小都会对结果产生不利影响.

旋转机械转子-机匣系统碰摩的随机响应

针对仅考虑具有质量偏心的旋转机械Jeffcott转子-机匣系统碰摩模型的动力学方程,进行了转子-机匣系统碰摩的随机响应研究·应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法系统地研究了转子-机匣系统碰摩的随机响应问题,推导出了一般的数学表达式,给出了数值分析解·分析了把转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数的随机系统的响应·分析表明,该转子系统在初始阶段振动强烈,响应幅值超过转子和定子之间的间隙,会发生碰摩现象·

双转子连续混炼机混炼段分散混合效率的研究

利用有限元分析软件Polyflow对自行设计的ECM30型双转子连续混炼机转子的混炼过程作了三维等温流场分析,借助于剪应力和混合指数对转子的分散混合效率进行了分析研究;讨论了不同的操作工艺对分散混合效率的影响。该数值模拟的结果将有助于针对不同的聚合物采用不同的混炼工艺,使得聚合物在转子中的混合达到最优化。

利用ANSYS和坎贝尔图对燃气轮机压气机转子模态及临界转速的分析计算

建立了某型燃气轮机低压压气机转子的几何模型,使用可计算陀螺效应的体单元建立了转子的有限元模型。利用数值仿真软件求解转子的前8阶模态,并基于其高速旋转结构模态分析功能画出了特征频率随转速的变化曲线即坎贝尔图。计算得到了一阶临界转速,并就支承刚度对其影响进行了研究。计算结果表明:转子的设计具有良好的结构刚度;设计中需要对压气机转子第4级轮盘附近转鼓的强度给予一定的重视;转子系统临界转速安全系数合理;支承刚度的改变对临界转速的影响处于非敏感区,有利于转子的稳定运行。

径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析

基于一新型径向-轴向复合碰摩双盘转子-机匣力学模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子-机匣系统由于径向-轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转速和偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:径向-轴向复合碰摩弯扭耦合系统具有很强的非线性,拟周期和混沌是系统碰摩的主要特征。系统参数的改变对系统响应的特征有较大的影响,随转速的增大表现为“周期→拟周期→周期→拟周期→周期→混沌”的演变过程。偏心比较小时,系统为周期1运动,超过某一值后,系统直接演化为混沌运动,或演变为拟周期运动,并最终进入混沌。碰摩时谐波成分存在,静子的频率成分较转子更为丰富,主要分布在两个区域,即1倍工频及其周围的高低频率成分,3倍工频及其周围的频率成分。静子的振动特征表现出了类似转子的演变规律。