航空发动机动力涡轮单元体高速动平衡试验研究

针对涡轴发动机动力涡轮转子在高速动平衡后必须经过分解和重新装配才能装在发动机中使用而带来的不足,提出直接对动力涡轮单元体进行高速动平衡试验。完成单元体的动力特性计算,通过分析单元体在发动机中的安装情况,设计并实施单元体的平衡方案,在此基础上完成动力涡轮单元体的高速动平衡试验,效果良好,平衡后的单元体没有经过分解和重新装配直接装机使用,并在发动机整机台架试车中表现出良好的振动特性,单元体的高速动平衡完全有希望取代动力涡轮转子的高速动平衡,而发展成为一项生产平衡技术,有很高的工程应用价值。

航空发动机模拟机匣动力学模型修正研究

针对有限元建模中由于各种误差(如建模误差等)会给计算结果精度带来影响的问题,提出了一种利用模型修正来提高有限元计算结果精度的方法。首次使用了一阶优化方法,以所测试的模态频率和振型为参考,对有限元模型进行修正。首先,以某航空发动机模拟机匣为研究对象,对其进行模态测试,得到其模态频率和振型。然后,以机匣的前10阶计算模态频率与测试模态频率之间误差最小为优化目标,使用Nastran软件对各部件有限元模型中单元的弹性模量进行了修正,并计算了模型修正前后的机匣模态频率和振型,同时与测试模态频率和振型进行对比。结果表明,修正后的有限元模型计算结果与测试结果吻合良好,二者模态振型一致,模态频率的最大误差不超过1%。由此说明修正弹性模量的模型修正方法合理、可行,适用于工程上大型复杂结构的有限元准确建模。

创新是研究所发展的动力

本文从理论创新、知识创新、技术创新、体制创新及制度创新等五个方面阐述了创新是研究所发展的动力。

考虑表面多尺度几何特征的三维多层结构接触响应研究

航空发动机叶盘结构服役于高温、高转速的恶劣环境,使得叶片与轮盘非连续界面之间的涂层接触力学行为复杂,影响整体动力学性态.本文基于三维弹性理论建立了一种基于多层半空间体的接触模型,研究多层结构粗糙表面间的接触响应规律.采用数学解析形式将粗糙表面形貌分解为微观、介观和宏观多层级几何轮廓,引入Papkovich-Neuber势函数(P-N势函数),结合傅里叶积分变换法和影响系数法,构建了多层接触的边值问题,应用共轭梯度算法得到接触频响函数解.通过典型多层接触问题的解析解和有限元结果对比,验证了模型的可靠性;进一步研究了不同弹性模量、泊松比及摩擦系数下层内的应力场、位移场变化规律,为研究涂层系统表面粗糙界面的接触响应提供了一种可行而有效的方法.

考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法研究

燕尾榫是航空发动机中重要的连接结构,其装配精度直接影响整机的性能和稳定性.然而,叶盘燕尾榫结构服役于高温高压高转速的极端工作环境,其装配界面会发生弹性或塑性接触变形影响几何偏差的传递.为探究燕尾榫界面接触对结构偏差传递的影响机制,首先,本文简要介绍了基于雅克比旋量模型的串联结构偏差传递分析方法.其次,基于奇异积分方程的数值解法实现了非对称平压头接触的界面接触力学分析,构建了界面传递等效旋量.在此基础上,利用最小势能原理将界面接触变形纳入偏差分析中,提出了考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法.最后,以燕尾榫结构为例,将提出的方法与传统方法进行对比,验证了提出方法的可行性和准确性,并研究了不同转速和风压下界面接触对燕尾榫偏差传递的影响.研究结果证明了燕尾榫界面接触变形对结构偏差传递的显著影响,并为其他机构的偏差传递分析提供了一种可行方法.

航空研究所民品发展战略初探

本文分析了航空研究所民品工作的战略地位、存在的优势和劣势，提出了民品发展战略，对航空研究所发展民品具有一定的借鉴作用。

涡轴发动机细长柔性转子动力特性及高速动平衡技术研究

建立涡轴发动机动力涡轮转子动力特性有限元分析模型,计算得到转子的前三阶临界转速值,在高速旋转试验器上完成全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,实测得到转子在额定工作转速范围内高速动平衡前后等状态下振动幅值随转速的变化曲线,研究结果表明:建立的计算模型反映了转子的真实情况,高速动平衡效果良好,解决了型号研制过程中的一项关键技术。

航空发动机高速柔性转子动力特性计算

用SAMCEF/ROTOR分析软件建立了某新型涡轴发动机动力涡轮转子的有限元计算模型,并对转子的动力特性——临界转速、振型和不平衡响应进行了系统的计算分析,试验验证了计算模型的正确性。本文的研究为同类转子的动力特性计算提供了参考。

航空发动机多学科设计优化技术研究

多学科设计优化(MDO)是为实现复杂产品设计方法升级换代的最佳技术途径。针对先进航空发动机设计面临的各学科间耦合关系复杂、指标冲突严重等困难,按零件、部件和总体方案设计3个阶段对MDO的各项关键技术开展了研究、开发及应用工作,提出了基于MDO技术的航空发动机一体化设计方法。给出的5个工程应用实例表明,该方法与传统设计方法相比,能大幅提高航空发动机设计水平,具有广泛的工程应用前景。

高速柔性转子动力特性分析与试验研究

某燃气发生器转子工作转速超过第一阶弯曲临界转速,对该高速转子的动力特性和平衡平面的灵敏度进行了计算和分析。根据计算对该转子支承形式进行了调整,并用模拟转子进行了动力特性试验,计算和试验结果表明合适的支承形式和减振措施,可使该转子顺利通过弯曲临界转速,在工作转速下平稳运行。

航空发动机附件传动齿轮振动特性分析与试验研究

为了解某型航空发动机附件传动齿轮的振动特性,采用有限元素法对其进行了振动特性计算分析。为验证分析结果的有效性,分别对附件传动齿轮进行了模态试验分析和台架旋转状态下的振动特性测试,获得了静态与实际工作状态下齿轮的振动频率和振型。试验结果表明,附件传动齿轮工作状态下的振动特性与有限元分析结果吻合性良好,其振动频率受传递扭矩的影响较小。研究为其他航空发动机附件传动齿轮的振动特性分析提供了重要参考。

考虑转速及碰摩的带冠涡轮叶片动力特性研究

研究了考虑旋转及碰摩复合作用的带冠叶片振动特性。建立了模拟带冠涡轮叶片循环对称结构的梁-质量-弹簧模型;采用欧拉-贝努利梁理论,将系统放入转速引起的离心力场中,研究旋转状态下带冠叶片的动力特性;推导出了考虑离心力、气流激振力及碰摩复合作用的系统动力学方程;基于推导出的方程,研究了叶冠接触角、气流激振力、摩擦因数、刚度比和间隙等参数对系统稳态响应的影响规律。此外,还对系统的非线性特性进行了一定的研究。文中的分析方法及数值结果对于叶冠设计及振动控制有一定的参考价值。

弹性联轴器动力特性分析与实验研究

弹性联轴器作为航空发动机、减速器、动力装置或者功率吸收装置之间的连接结构,在实际工作中会遭遇到因振动过大而造成事故的发生。从结构分析、动力学计算和动力特性实验三个方面阐述并研究了弹性联轴器的动力学特点。研究表明,弹性联轴器的花键连接是影响弹性联轴器动力学特性的关键因素,花键的松动连接是实现弹性轴"浮动"的充分必要条件;弹性联轴器的结构也影响着花键连接的状态,过长的转接套齿会导致松动连接的失效,从而导致危险振动的发生。通过弹性联轴器动力特性实验,测量得到弹性轴呈弯曲形态的弹性联轴器的临界转速,证明了花键松动连接转变为柔性连接可能性的存在。最后提出了消除这种可能性的有效措施。

航空发动机叶片疲劳断裂研究领域与方法概述

综述了航空发动机叶片疲劳断裂过程中的疲劳寿命、疲劳寿命预测、裂纹扩展、应力强度因子等领域的研究现状,概述了相关的主要研究方法。

航空发动机离心叶轮叶片动特性试验研究

在离心压气机试验台对离心叶轮叶片动应力测量技术进行了试验研究,介绍了应用电阻应变计和高速滑环引电器成功录取了压气机台架试车转速至39500 r/min的离心叶片动应变数据,分析了测试过程中遇到的问题,提出了今后测试的改进措施,并对试验结果进行了初步的分析。通过研究获得离心压气机工作过程中,大小离心叶片动频和动应变随转速变化的规律以及叶片在特定气动力激励条件下的动态响应。

功率四分支齿轮传动弯扭耦合动力学特性研究

建立了功率四分支齿轮传动系统的动力学模型和32个自由度的振动方程,提出了基于时变啮合线方程的齿轮啮合刚度计算方法,研究了在时变刚度激励下不同安装角对传动系统的动载系数和均载系数的影响规律,得出系统第二级、第三级齿轮副的均载系数随着安装角的增大而增大,当安装角等于120°时,最大均载系数分别为1.288和1.291。继续增大安装角,各齿轮副均载系数将不再有明显变化。

基于ITD和DSS的旋转机械信号识别研究

为解决盲源分离在分析旋转机械故障信号时的欠定问题,提出一种基于固有时间尺度分解(ITD)和盖尔圆(GDE)的欠定去噪源分离(DSS)方法,即为ITD-GDE-DSS。通过ITD求出信号的旋转分量,进而重组固有旋转分量和原观测信号作为满足盲源分离要求的新观测信号,使盲源分离中维数不足的问题得到解决。通过GDE估计观察信号的组成源数,为DSS方法分离出源信号提供先决条件。将ITD-GDE-DSS方法应用于某转子的实测故障信号分析中,诊断出转子在升速过程中不平衡故障特征,分离出转子突加不平衡的一阶临界转速和二阶临界转速的信号。

装实心和空心传动轴的动力涡轮转子动力特性对比研究

分别建立了装实心和空心传动轴动力涡轮转子动力特性的有限元分析模型,对2种情况的转子动力特性从理论上进行了系统的计算分析,并在试验器上对动力涡轮转子的临界转速等进行了验证。

涡轴发动机动力涡轮转子平衡状态影响因素试验研究

以完成高速动平衡试验并满足平衡判据要求的某涡轴发动机动力涡轮转子为研究对象,对影响转子平衡状态的2个因素(传动轴和输出轴之间的花键配合、支承输出轴组件和动力涡轮转子的2个支座之间的不对中)开展了系统的试验研究。研究结果表明:改变花键的配合状态或2个支座之间的不对中程度,由4个位移传感器实测的动力涡轮转子在临界转速和额定工作转速下的转子挠度经高速动平衡后均发生了明显变化,说明这2个因素对转子的平衡状态均有较大影响。

多电航空发动机研究现况及关键技术

多电发动机作为多电飞机的核心部件,受到欧美国家的高度重视。介绍了国内外多电发动机的总体研究现状和发展趋势,重点分析了整体式起动/发电机、磁浮轴承、电动燃油泵和电动作动器等多电发动机核心部件的技术特点和性能优势,同时对内置式整体起动/发电机技术、高温主动磁浮轴承技术和分布式控制技术等多电发动机的关键支撑技术进行了讨论。多电发动机结构紧凑、重量轻等优势必将使其得到应用及发展。