双转子航空发动机整机振动建模与分析

针对实际的双转子航空发动机,建立了航空发动机双转子-支承-机匣耦合动力学模型.在耦合模型中,利用有限元方法对转子和机匣系统进行建模;支承系统采用了集总参数模型,计入了滚动轴承和挤压油膜阻尼器的非线性;定义了5种支承和连接方式,以适应复杂的双转子航空发动机转子-支承-机匣耦合系统建模.运用Newmark-β法和改进的Newmark-β法(翟方法)相结合的数值积分获取系统非线性动力学响应.最后进行了航空发动机的整机振动分析,分析了系统临界转速、应变能及不平衡响应灵敏度,研究了挤压油膜阻尼器的减振特性以及系统突加不平衡的瞬态响应.     

滑动轴承-裂纹转子系统非线性动力学特性分析

在裂纹转子非线性动力学特性分析中考虑了非线性油膜力的影响,在此基础上建立了单盘Jeffcott裂纹转子的非线性动力学模型,裂纹模型采用非线性涡动模型,菲线性油膜力通过数据库方法获得.利用数值计算方法分析了裂纹转子系统随转速w/w0、相对刚度减小量△kε等参数变化的动力学特性和动力学行为.结果表明在非线性油膜力的作用下,△kε较小时,响应中出现不可公约的谐波分量导致系统在亚临界转速区出现概周期运动,△kε较大时,系统产生丰富的非线性动力学行为;在不同转速下,系统出现多种形式的周期运动、分岔、概周期运动和混沌运动.     

反向旋转双转子系统非线性分析

以双转子系统中介轴承刚度的非线性为简化模型,推导了反向旋转双转子系统振动响应的非线性动力学方程.研究了转子转速、不平衡量和中介轴承径向间隙对系统响应特性的影响.结果表明:转速、不平衡量等对转子-轴承系统的非线性振动有较大的影响;减少中介轴承的径向间隙,有利于系统的非周期运动转变为周期运动,提高系统运动的平稳性.     

航空发动机转子在冲击载荷下的振动响应分析与试验

考虑挤压油膜阻尼器(squeeze film damper, SFD)非线性油膜力建立了转子的运动微分方程,将转子在冲击载荷下的振动响应分解为谐响应和冲击响应,分别建立了谐响应、冲击响应的有限元模型,并开展了振动响应计算分析。在振动台上开展了航空发动机转子在不同脉宽的垂向冲击载荷下的振动特性试验研究,获取了转子在冲击瞬时的振动响应,并与计算结果进行对比分析。研究结果表明：在一定范围内,转子的振动响应随冲击脉宽变大而变小;与试验结果相比,振动响应计算误差在10.44%～20.00%。研究为冲击载荷下航空发动机转子振动响应分析和试验提供了方法,具有重要的工程应用价值。     

某弹用涡轮喷气发动机动力特性分析

应用传递矩阵法计算了某弹用涡轮喷气发动机的临界转速和振动响应,分析了转子支承刚度对临界转速的影响,以及不同支承条件和不同油膜间隙下转子的稳态不平衡响应。研究表明,当转子系统的前支承刚度不高于1×107N/m,挤压油膜阻尼器的油膜间隙不小于7.0×10-5m时,发动机的动力特性能得到有效的改善。     

高速转子系统油膜涡动动力学特性及其影响因素

以某实际滑动轴承支撑下的转子轴承系统为对象,建立非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型,应用非线性动力学理论对该系统进行动力学响应特性数值模拟,利用幅频特性曲线、分岔图、三维谱图等研究系统响应随偏心距、转速、润滑油粘度、半径间隙、轴承长度和轴颈半径等因素的变化对油膜涡动的影响规律。为工程实际中转子系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供参考。     

碰摩和油膜耦合故障转子系统周期运动分岔分析

根据碰摩和油膜耦合故障转子系统的非线性动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法,研究了该类转子系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律,并与只含油膜故障的转子系统的分岔失稳规律进行了比较.结果发现:碰摩的出现和加剧,使得在较小偏心量下系统的失稳方式由倍周期分岔变为拟周期分岔形式.碰摩推迟了油膜涡动的产生,使得系统的失稳转速较高.碰摩间隙较大时,系统周期运动失稳转速值基本不变.     

自适应挤压油膜阻尼器支承的转子系统稳态动力特性研究

首先对带有挤压油膜阻尼器(SFD)和金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器(ASFD/MRR)的刚性转子系统的稳态振动特性进行了对比研究,理论和实验研究表明与SFD相比,ASFD/MRR具有更好的减振性能,尤其在大不平衡量时能有效地抑制非线性振动的发生并保持良好的减振效果.本文对带有ASFD/MRR的刚性转子系统的稳态响应的影响因素进行了研究,为ASFD/MRR在工程转子支承上的应用,提供了可靠的依据.     

基于船用涡轮增压器转子系统非线性振动特性研究

以自主研发的船用涡轮增压器为研究对象,建立考虑非线性油膜力的转子轴承系统动力学模型,进行转子动力学系统仿真计算,得到转子系统的临界转速、非线性振动频谱、轴心运动轨迹。根据轴承油膜发生的特征和不平衡引起的振动对比分析,探讨油膜振荡发生的机理,得到涡轮增压器转子轴承系统的非线性振动特性,了解影响转子系统振动产生的主要因素。进一步研究润滑油进口温度和轴承间隙对涡轮增压器振动特性的影响关系,得到减小增压器转子系统振动的结构设计和优化策略。     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

磁控挤压油膜阻尼器转子系统动力特性试验研究

为了改善传统挤压油膜阻尼器动力特性不可控的不足，提出了一种通过电磁效应来控制挤压油膜阻尼器动力特性的新结构，在一个双盘柔性转子系统上测量了不同磁场强度条件下磁控挤压油膜阻尼器转子系统在非旋转状态下的传递函数、在恒定转速下的运动轨道以及在慢加速运行过程中的不平衡响应曲线。结果表明了这种新型磁控挤压油膜阻尼器不仅具有良好的特性可控性，而且在设计合理的条件下还能够显著地减小转子系统的振动，是一种被动和主动兼备、具有良好发展和应用前景的转子系统阻尼结构。     

配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响

为了研究配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响,搭建了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子实验系统,设计了两套弹性环组件。通过改变弹性环凸台的配合关系及转子的不平衡质量,实验研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振特性。实验结果表明:弹性环的内凸台为过盈配合时可能导致阻尼器减振失效,为间隙配合时减振效果更好;外凸台配合关系的变化不会导致阻尼器减振失效;凸台为间隙配合时,弹性环的减振效果及转子的响应与不平衡质量的关系线性度更高。提出了设计与应用弹性环式挤压油膜阻尼器时,应保证内凸台为间隙配合的设计建议。     

非稳态油膜力作用下非对称转子分叉特性

在柔性轴支承的转子基础上,考虑非对称转子陀螺力矩的影响,使用非稳态非线性油膜力模型,建立了8自由度转子轴承系统运动方程,通过Newmark-β积分和Newton-Raphson迭代相结合的数值方法,计算转子在不同转速参数的响应,通过分叉图、Poincarè映射、频谱等方法研究了转子系统非线性振动的分叉特性.     

三种非线性力作用下高参数涡轮转子复杂运动响应

考虑油膜力、气流力和密封力等三种非线性力,建立单跨对称弹性转子的动力学方程。采用Matlab软件对方程进行数值积分,研究系统在转速、气流速度和密封间隙改变时的动力学行为,并考虑到高转速、大的气流速度等高参数及密封小间隙影响。结果表明：转速的改变,使系统出现周期1运动、周期3运动、周期4运动和概周期运动等复杂动力学行为;...     

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.     

油膜内外环部分接触的同心型挤压油膜阻尼器减振特性试验研究

在带定心弹簧的同心型挤压油膜阻尼器-多盘柔性转子系统动力学试验装置上,研究了油膜内外环在静态具有良好同心和存在部分接触条件下同心型挤压油膜阻尼器的减振特性。结果表明,静态时油膜内外环间的部分接触不仅会导致同心型挤压油膜阻尼器转子系统的主共振转速更接近于转子系统的刚支临界转速,而且还会使转子系统的振动明显增大,甚至难以通过共振转速区。为了提高同心型挤压油膜阻尼器的减振效果,需要对油膜内外环的同心状态进行仔细地调整,尽量保证油膜内外环处于同心状态。     

具有轴承不对中故障的柔性非圆截面多转子系统非线性动力学行为

研究了具有轴承不对中故障的柔性非圆截面多转子系统的非线性动力学特性。首先在长轴承、微小不对中量和不平衡量等假设下,利用坐标变换推导出非圆截面多转子-轴承系统的非线性动力学模型。最后采用数值方法,重点分析了系统的非线性振动行为,例如稳态响应、轴心轨迹、Poincaré截面以及最大Lyapunov指数等。结果表明:在较低转速时,转子系统除存在与不平衡故障同步的工频外,还存在由于不对中引起的倍频以及组合频率成分等。随着转速的提高,系统出现倍周期分叉现象,混沌运动等复杂的非线性动力学行为。     

考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

整体式弹性环挤压油膜阻尼器结构设计与转子过临界实验研究

航空发动机等高速柔性转子,工作转速过临界。由于存在不可避免的不平衡质量,转子过临界时会发生剧烈共振。通过使用弹性支撑降低转子系统的临界转速,使用挤压油膜阻尼器(SFD)增加支撑阻尼,可以降低转子过临界振动和外传力。将弹性支撑和阻尼器合二为一,开发设计了新型整体式弹性环挤压油膜阻尼器(IERSFD),构建力学模型并分析了减振原理,在实验室搭建了单盘Jeffcott转子,在IERSFD腔室填充不同黏度阻尼液的条件的下,进行了转子过临界实验,结果表明IERSFD可以有效降低转子过临界振动。     

转子-滑动轴承系统动力学相似性研究

针对转子-滑动轴承系统缩比模型与原型是否满足动力学相似的问题,采用量纲分析法建立了考虑陀螺力矩和滑动轴承非线性油膜力的转子-轴承系统相似准则,确立了模型与原型各物理量相似比。理论研究表明,通过采用模化转子滑动轴承静载荷补偿措施,可使转子-轴承系统满足动力学相似要求。补偿处理后的模型和原型转子系统的临界转速、失稳转速、不平衡响应均具有相似性。并通过算例对比分析转子几何比、材料密度模化比和弹性模量模化比对轴系不平衡响应特性相似性的影响规律,验证了所推导的转子动力学相似准则的正确性。