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。

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。

一种考虑径向-轴向碰摩的双盘转子-机匣系统力学模型的建立

建立一个新型径向-轴向复合碰摩转子-机匣系统力学模型,基于轴向碰摩由盘的偏转导致的假设,考虑到振动过程中转轴的挠曲线是一空间曲线,依据偏转角微小角度矢量合成原则,求解出偏转角的振动位移表达式,并以此为基础详细推导了双盘转、静子碰摩点的分布及运动微分方程。本模型既能同时描述转、静子的弯曲振动和扭转振动,又能描述转、静子间的轴向碰摩和径向碰摩,且轴向碰摩和径向碰摩既可以独立发生,亦可共同发生。所建立的力学模型为数值仿真分析,及进一步的研究径向-轴向复合碰摩系统的弯扭耦合非线性振动特性奠定了基础。

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·

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。

质量偏心旋转机械转子-机匣系统碰摩的失效研究

针对仅考虑质量偏心的 Jeffcott转子 -机匣系统碰摩的动力学方程 ,进行了旋转机械转子 -机匣系统碰摩可靠性分析 ,研究了转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度对可靠度的影响 。

汽轮机转子-机匣系统碰摩的分叉现象分析

提高汽轮机热效率的有效途径是采用超超临界压力。压力的提高使得作用在转子—机匣上的激振力将显著增大,有必要对气流激振力作用下的转子-机匣系统的非线性动力学特性进行研究。本文采用双控体模型,以汽轮机转子—机匣系统为研究对象,将转子和机匣作为统一的弹性体,采用四阶Ruge-Kutta法进行数值仿真,来研究在密封气流激振力以及机匣体振动的双重作用下的转子与机匣的碰摩运动,揭示了转子与机匣碰摩的分叉动力学特性。给出了气流激振力作用前后的碰磨转子系统响应的分叉图、轨迹图、相轨迹图和Poincare映射图。着重讨论了输入气压和转子转速等决定气流激振力大小的因素对碰磨转子分叉特性的影响。对提高超超临界汽轮机的可靠性提供了有意义的参考。

基于Lyapunov指数谱的转子-机匣系统故障诊断研究

发展了基于Lyapunov指数谱的航空发动机转子-机匣系统故障诊断方法。基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解了系统不同状态的Lyapunov指数谱;基于Lyapunov指数谱,应用最大Lyapunov指数和Lyapunov指数谱图对航空发动机转子-机匣系统进行了故障诊断。研究结果表明:航空发动机机匣振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数谱,即可以Lyapunov指数谱作为故障诊断的特征量。

转子-机匣系统碰摩的灵敏度研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子碰摩的动力学方程 ,进行了转子 -机匣系统碰摩的灵敏度研究 ,分析了转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度对灵敏度的影响 ,并给出了数值分析解 ;讨论了参数的变化对碰摩的产生和影响 。

非线性转子-机匣密封碰磨混沌系统的自适应控制研究

随着旋转机械结构参数的提高,作用在转子上的气流激振力将显著增大。针对转子-机匣密封碰磨系统进行了研究。应用Muszynska非线性密封力模型,建立在气流激振力作用下的转子-机匣碰磨系统耦合动力学方程。根据自适应控制理论,给出一种多重参数自适应控制算法。利用此方法对转子-机匣密封碰磨系统进行了研究,研究结果表明,提出的参数自适应控制律具有较强的稳定控制能力,该方法适合于多重参数非自治复杂混沌系统,在外界干扰下引起混沌状态的情况,可自适应地调整到正常的工作状态,为旋转机械的理论设计和故障动态监测提供了理论依据,具有重要的实际工程应用价值。

转子-机匣系统振动特性研究

采用传递矩阵法计算转子－机匣系统的临界转速、不平衡响应及初始弯曲响应，计算转子－机匣系统临界转速及稳态响应时的位能与位能分配，提出了借助转子－机匣的位能分配判断各阶临界转速的分析方法，并研究了机匣对系统振动特性的影响。

非线性转子-机匣密封碰摩系统的耦合振动分析

随着旋转机械结构参数的提高,作用在转子上的气流激振力将显著增大.针对转子-机匣密封碰摩系统进行了研究.应用Muszynska非线性密封力模型,建立了在气流激振力作用下的转子-机匣碰摩系统耦合动力学方程,分析了在非线性密封力作用下的碰摩转子运动特性.着重讨论了迷宫密封的物理和结构参数对碰摩转子运动特性的影响.研究结果表明,系统具有非常丰富的非线性动力学行为,气流激振力对碰摩转子的准周期运动有明显的抑制作用,密封结构的各主要参数对系统稳定性有很大影响,可以通过调整密封参数来改善系统的动态稳定性.为旋转机械的理论设计和故障动态监测提供了依据.

锥齿轮啮合作用对转子-机匣系统振动特性的影响

本文以转子-机匣系统为对象,采用弯扭耦合传递矩阵法分析了锥齿轮啮合作用对不平衡响应及初始弯曲响应振动特性的影响。改进了三套纯弯曲和弯扭耦合临界转速及不平衡响应峰值转速计算方法及软件,提高了计算效率。采用此三对配套软件计算了两种支承方案的临界转速和峰值转速,在无阻尼条件下两者完全一致。分析了质心按一阶振型分布和按空间分布时锥齿轮啮合作用对峰值转速及振动值的影响,得出了有工程参考价值的结论。提出了改善转子振动特性的方法。

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳。以转子-机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子-机匣系统的碰磨模型和动力学方程。利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh-Hurw itz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和M atlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响。理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多。具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础。

基于Lyapunov指数能谱分布的转子-机匣系统故障诊断研究

提出了基于Lyapunov指数能谱分布的航空发动机转子-机匣系统故障诊断新方法。基于相空间重构,在优选重构参数的基础上,计算得到了某型航空发动机不同故障状态下机匣实测振动信号时间序列的Lyapunov指数谱;提出并定义了Lyapunov指数能、Lyapunov指数能谱、Lyapunov指数能谱分布的概念,获得了某型航空发动机在不同故障状态下的机匣实测振动信号时间序列的Lyapunov指数能谱及其分布,并基于此Lyapunov指数能谱分布对航空发动机转子-机匣系统进行了故障诊断和状态识别。研究结果表明:航空发动机机匣振动时间序列在不同状态下具有不同的Lya-punov指数能谱及其分布,即可以Lyapunov指数能谱及其分布作为识别其状态的特征量,为航空发动机转子-机匣系统的故障诊断和状态监控提供了新的可靠的方法。

转子-机匣碰磨密封混沌系统的状态观测器研究

研究了在非线性密封力和气流激振力作用下,转子-机匣密封碰摩混沌系统的状态观测器设计问题。基于状态观测器理论的混沌反馈控制设计方法,给出了转子-机匣密封碰摩混沌系统的状态观测器的Brunovsky状态空间形式参数化表达式,其所含参量为被控系统的混沌状态用重构状态代替后的全部输入参数和控制律,可通过适当选择控制律将系统调整到正常的工作状态,通过数值计算和仿真结果,表明本文所提出的状态观测器方法可以将由外界干扰引起的系统碰摩混沌状态有效的调整到正常工作状态,为旋转机械的理论设计和动态监测提供了一种理论依据。

机匣-双转子高维系统建模与实验验证

以机匣-双转子实验台为研究对象,基于ANSYS建立了可表征复杂结构的高精度实体有限元模型,应用Craig-Bampton模态综合方法实现了子模型维度缩减与整机动力学模型的组装。通过对比临界转速和振型验证了缩减模型的有效性,借助三维频谱图和轴心轨迹,分析了系统稳态响应特征,进行了实验验证。结果表明,发展的机匣-双转子系统建模及模型缩减方法精确、高效,为实际航空发动机机匣-双转子系统的动力学研究提供了参考。

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型。在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC(varying compliance)振动。运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincare截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡-松动-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律。

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型。在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性(Varying Compliance)VC振动。在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析。结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性。

含碰摩故障的新型转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

针对航空发动机整机振动,建立了一种新型转子-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。运用数值积分方法获取了系统响应,研究了航空发动机的整机振动规律。