弹性机匣双盘碰摩转子系统的稳定性
基于机匣应变的航空发动机碰摩故障识别
基于机匣应变的航空发动机碰摩故障识别房剑锋【摘要】针对双转子航空发动机采用柔性机匣设计理念,提出了在进气机匣或中介机匣承力支板加装应变桥路,从机匣动应变中提取特征频率来识别发动机转静碰摩故障的一种方法.建立了简化的转子-机匣碰摩动力学模型,分析得出了双转子发动机转静碰摩特征频率,利用该特征频率准确识别出了某型发动机飞行试验中多次转静碰摩故障.理论分析和飞行试验表明:机匣应变能够灵敏的拾取转静碰摩振动信号;双转子发动机发生转静碰摩时,振动频谱中会出现mΩH±nΩL高低压转频组合频率成分,可依据该组合频率来判断碰摩故障是否发生;振动频谱中出现mΩH±ΩL组合频率成分并不能定位高压转子发生碰摩,同理,振动频谱中出现ΩH±nΩL组合频率成分也不能定位低压转子发生碰摩.【期刊名称】《空军工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(020)003【总页数】7页(P22-28)【关键词】双转子发动机;转静碰摩;故障识别;机匣应变;组合频率【作者】房剑锋【作者单位】中国飞行试验研究院发动机所,西安,710089【正文语种】中文【中图分类】V232.96目前第三、第四代航空发动机不断追求高推重比、快速状态切换、低油耗等性能指标，涡轮前温度越来越高、转静子间隙越来越小，必然导致转子与机匣经常发生碰摩[1-2]。
目前转静碰摩已经成为多型航空发动机的典型故障之一，转子和机匣发生碰摩将带来严重的后果，如果不能及时发现与排除，可能导致发动机转子和静子严重损坏，甚至造成严重的飞行事故。
因此，准确识别出飞行中发动机碰摩故障，对于保障飞行安全、提高发动机战备完整性具有重要的军事意义[3-5]。
近些年来，国内外学者关于航空发动机转静碰摩故障识别的研究较多，在转子碰摩动力学数值及有限元建模仿真[1-2,5-9]、模拟碰摩故障实验研究[10-13]、碰摩故障分析识别方法[4,9,13]等方面进行了大量深入研究，得出了各种发动机转静碰摩故障识别方法和结论，对于发动机故障诊断、提高发动机结构可靠性设计具有重要的应用价值和指导意义。
叶轮转子碰摩响应的分岔与稳定性
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机匣碰摩 稳 定 性&_-R)I- 等 对 ):* 发 动 机 工 作 转 速 下转静子碰摩问题 进 行 了 实 验 研 究"针 对 不 同 的 碰 摩侵入量情况进行 了 测 试"对 比 分 析 了 转 静 子 的 相 互影响作用&9J+6,D等)=*'e)*,5)'*和 P6+5*D),)&* 通过测量机匣的变 形"间 接 获 得 了 碰 摩 载 荷 的 实 际 大小和变化规律&实验研究的结论表明叶轮转子叶 尖和机匣的碰摩响应近似于系统受到周期性脉冲力 作用的响 应&(1-,5 等 结 )%$* 合 实 验 研 究 的 结 论"提 出了周期性脉冲力 形 式 的 碰 摩 接 触 力 模 型"并 通 过 理论计算推导了最大接触力的表达式&基于周期性 脉冲力模型"T*+,6+)%%*研究了碰 摩 时 叶 片 的 刚 度 效 应#V65+-,R等 研 )%"* 究了叶轮转子 的 碰 摩 响 应#]1E 等 研 )%!* 究了非对称转子与各 向 异 性 机 匣 的 碰 摩#刘 书国等 对 )%#* 叶片;机匣 碰 摩 的 瞬 态 过 程 进 行 数 值 模 拟"分析碰摩激起 的 部 件 的 动 力 学 响 应#G1,J-)%<*分 析了叶片丢失情况下发生转静子碰摩时转子的稳定 性及非线性动力 学 行 为& 王 国 丽 等 采 )%:* 用 叶 片;机 匣实体接触有限元 计 算 得 到 碰 摩 力"建 立 了 航 空 发 动机双转子;支承系统实体模型"利用 9,DHD计算了 高压涡轮;机匣碰摩时轴承支反力的变化&近 年 来" 叶尖碰摩逐渐引起了人们的关注&陈果等 对 )%=;%'* 叶 尖碰摩转子动力学 进 行 了 数 值 仿 真 和 实 验 研 究"其 中叶片和 机 匣 的 碰 摩 力 采 用 线 性 碰 摩 模 型& 马 辉
径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析
＝ ０． ５ ２ ５ｍ ，
１ ２ ４５ ０ Ｎ／ｒ ｄ， ． ６ Ｘ １ ａ
＝ ３． Ｘ １ ０ ０ Ｎ／ｍ ，
＝
３ ０ Ｘ １ Ｎ／ｍ ，ｐ ＝ ０． ５１ ． ０ ｅｌ ０ ｍｍ ，
ｅ ｐ ２＝０ ０ ０ ． ２ ｍｍ，ｐ 卢 ｌ＝３ 。卢 ２＝２ 。 ０ ，ｐ ０，
】 ＝ ２ ＝ 一 ８ ８ ６８ Ｘ １ ２ 】 ． ６ ０ Ｎ／ｍ ，
Ｚ ＝ ０． ３ ５ｍ ， ＝ ２． Ｘ １ Ｅ １ ０”Ｎ／ｍ
，
Ｇ ＝ ８ ０ Ｘ １ Ｎ／ｍ ， ＝ ２ ０１ ６ ０一 ｍ ， ． ０。 ． ０ Ｘ １
，
Ｌ ＝９ ８ ７Ｘ １ ～ ４ ｌ ２ １ １ ０ Ｎ ｍ， ． １ ０ ｍ ， ｌ＝ ２＝ ． ４ Ｘ１ ／
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“ 周期一 拟周期一周期一拟 周期一 周期一 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 ， １ 工频 及其周 围的高低频率 成分 ， 工频及 其周 围的频率成分 。静 即 倍 ３倍
＝ ０． ８ｍｍ ， Ｏ１ ＝ ０．１ ｒ ＝ ０． ２ｍ 。 ５， ２
＝
法适用于时间序列无噪声 ， 空间 中小 向量 的演 变高 切 度非线性的信号 ， 计算结果对 噪声较为敏感 ， 其应用受 到一定限制。Ｊｅｂａ 方法适用于时间序列有噪声 ， ｏｏｉ ｎ 切 空 间 中小 向量 的演 变 接近 线性 的信 号 。本 文 采 用 Ｗｏ ｆ
汽轮机转子-机匣系统碰摩的分叉现象分析
汽轮机转子-机匣系统碰摩的分叉现象分析张志鸿;岳一领;殷玉枫;熊诗波;赵玉祥【期刊名称】《机械设计与研究》【年(卷),期】2008(24)5【摘要】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。
【总页数】6页(P119-124)【关键词】非线性动力学;转子-机匣系统;气流激振力;机匣弹性体;分叉【作者】张志鸿;岳一领;殷玉枫;熊诗波;赵玉祥【作者单位】太原科技大学,太原030024;太原理工大学,太原030024【正文语种】中文【中图分类】O322【相关文献】1.径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析 [J], 徐可君;秦海勤2.非线性转子-机匣密封碰摩系统的耦合振动分析 [J], 殷玉枫;姚德臣;王松雷3.转子—机匣局部碰摩的分叉与混沌行为分析 [J], 袁惠群;闻邦椿4.航空发动机转子-滚动轴承-支承-机匣耦合系统的碰摩故障分析与验证 [J], 陈果;李成刚;王德友5.双盘悬臂转子—轴承—机匣耦合系统碰摩故障分析 [J], 贺威;袁惠群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
转子系统碰摩故障实验研究进展与展望
ＭＡ Ｈｕ ｉ ，Ｙ Ａ ＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ，Ｓ Ｏ ＮＧ Ｒ ｏ ｎ ｇ － ｚ ｅ ，ＮＡ Ｉ Ｈａ ｉ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ，ＷＥ Ｎ Ｂａ ｎ ｇ — ｃ ｈ ｕ ｎ
（ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ １ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
振
动
与
冲
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第３ ３ 卷第 ６期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ Ｂ ＲＡ ＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣ Ｋ
转 子 系统碰 摩 故 障 实验 研 究 进展 与展 望
马 辉， 杨 健， 宋溶泽 ， 能海强 ， 闻邦椿
１ １ ０ ８ １ ９ ）
（ 东北 大学 机械工程与 自动化学 院 ， 沈阳
ｌ ｏ ｃ ｌ ａ ｕｂ ｒ － ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ￣ ） ｌ ｏ ｃ ｌ ａ ｒ ｕ ｂ — ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ － ｃ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ， ＠ｌ ｏ ｃ ｌ ａ ｕ ｒ ｂ — ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ
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涡摆耦合悬臂双盘碰摩转子的稳定性分析
随着 旋 转机 械 的高 速 大 功 率 柔 性 化 发 展 ， 静 件 转 间 的碰摩 等 故 障 问题 Ｅ益 突 出 ， 接 影 响 了 高 速 旋 转 ｔ 直
，
Ｊ ｌ １一 ｌ１） ２ ＋ｋ １＋ｋｓ２＋ｋ４ ２＝ ０ ｄ Ｊ ＋ｋ１ ＢＣ ａ Ｉ ２ ２ ２ ２
， ２ ＋ ２，２ ｃ ２ ＋ ｋ３ ｎ２ ｎ Ｄ２ 也 １ ＋ ｋ３ １ ＋ ｋ ｓ ＋ ｋ ４ ＝ １ ２ ｓ ２ ３ ２
，：： 。 一 ｐ ２。
延拓打靶法和 Ｆｏ ｕｔ ｌ ｅ 理论 ， ｑ 研究 了有无陀螺效应两种情 况下 系统的稳定性 ， 讨论 了间隙和悬臂轴长度对系统稳定性 的影 响。结果表明 ： 在所讨论 的参数范 围内 ， 不考虑陀螺效应时 ， 碰摩转子 系统 在不 同的转 速下会发 生鞍结分岔 、 倍周期分 岔 和 Ｈｏｆ ｐ 分岔等现象。考虑陀螺 效应 后 ， 混沌 区域沿转速增加方 向明显后延 ， 转子系统在所讨论 的转速区间 内没有 出现鞍 结分岔 、 倍周期分岔现象 ， 转子系统的稳定 区域减小 。同时 ， 随悬臂 轴长度 的减小 ， 系统 的稳定性 明显增大 ， 当悬臂 轴长度 与跨轴长度 比小于 １４时 ， ／ 系统始终处于稳定状态 ， 陀螺效应可 以不考 虑 ； 随转静 件间 隙的减小 ， 考虑陀螺效应 的碰摩 转
Ｄ ， 跨轴 长度 为 ｆ悬 臂 轴 长度 为 ｆ～ ｉ Ｄ ， ， ｋ（ ， ＝１ ） …４
表示第 个 点 的 位移 为 １时 在 ｉ 产 生 的力 。设 转 轴 点 各 向 同性 ， 弯 刚度 为 。不 平 衡 力 为 Ｆ 抗 ＝ｍＰ （ ＝１２ ， ２为碰摩 力模 型 。 ｉ 、） 图
弹性齿汽封叶顶碰摩对汽轮机运行稳定性的分析
收稿日期:2008-03-28基金项目资助:辽宁省教育厅科技项目(05L266)。
作者简介:孟召军(1970-),男,辽宁凌源人,副教授,从事热能动力与流体机械方面研究。
弹性齿汽封叶顶碰摩对汽轮机运行稳定性的分析孟召军(沈阳工程学院动力工程系,沈阳110136)摘要:为减少漏汽损失,提高大参数汽轮机组的效率,设计一种小间隙汽封将十分必要。
对一种新型叶顶弹性齿汽封的动静碰摩进行力学建模并进行了动力学分析,分析的结果表明,叶顶弹性齿汽封的小间隙安装,对汽轮机机组的运行稳定性不会造成影响,也表明这种设计的可行性。
关键词:动力机械与工程;汽封;小间隙;碰摩;转子动力学;稳定性分类号:TK263.8;TH 113.1 文献标识码:A 文章编号:1001-5884(2009)01-0019-02Stab ility Ana lysis o f Stea m Turbine Operati o n for the E lastic Tooth Sealand Top B lade w ith Rub-i m pactMENG Zhao -j u n(D epart m en t o f E lectrical Eng i n eering ,Shenyang I nstitute o f Eng i n eering ,Shenyang 110136,China)Abstrac t :It is necessary to desi gn a s m all g ap stea m seal for i m prov i ng high -para m eter stea m turb i ne .s e fficientcy by re -duc i ng stea m l eaki ng l oss .F or i m prov i ng the des i gn i dea o f e lastic tooth sea ,l the t her m odyna m i cs modeli ng o f touchi ng and rubbing bet ween t he elasti c tooth seal and shrcud r i ng on t he top blade w asm ade i n this tex t ,the i nvestigati on ind i cates t hat the e lastic tooth sea lw hich fi x ed on the top of shrcud ri ng w ith s m a ll gap w as re liable w ou l d not cause destab ili zati on to the running ro t o r ,it may serve as sa ti sfactory theore ti ca lw arranty for design i ng th i s new k i nd o f sea.l K ey word s :power and m echan ica l engineering ;stea m sea;l s mall gap ;rub -i mpact ;rotor dyna m ics ;stab ility0 前 言随着我国电力工业的结构调整,研制、生产和发展超临界压力机组是火力发电节约能源、改善环保、提高发电效率、降低发电成本的必然趋势。
转子／机匣碰摩引起的转子弯扭耦合振动
转子／机匣碰摩引起的转子弯扭耦合振动廖明夫;宋明波;张霞妹【摘要】以航空发动机为研究背景，针对其转子／机匣间隙小，转速控制存在延迟，碰摩故障发生可能导致的发动机转子弯扭耦合振动的特征，建立了计及陀螺力矩的弹性支承‐柔性转子‐弹性静子系统的碰摩故障模型，模型中考虑了有延迟的转速控制力矩。
采用延迟微分方程的数值积分方法对方程进行了数值分析。
分析结果表明：碰摩作用发生时，剧烈的碰摩会导致转子的反进动，而碰摩与转速控制力矩的延迟共同作用会导致转子的扭转振动加剧，甚至可能发生扭振失稳。
应当在发动机控制系统的设计中充分考虑这种转子动力学影响。
同时，发动机扭振信号也可以作为转子／机匣发生碰摩的重要诊断信息之一。
【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】9页(P1009-1017)【关键词】航空发动机;转子;转静碰摩;弯扭耦合振动;失稳【作者】廖明夫;宋明波;张霞妹【作者单位】西北工业大学动力与能源学院西安，710072;西北工业大学动力与能源学院西安，710072;西北工业大学动力与能源学院西安，710072【正文语种】中文【中图分类】TH113.1引言转子/机匣碰摩是航空发动机运行过程中常见的现象，在某些情况下会造成发动机的进一步故障。
因此，转/静子碰摩成为发动机振动研究的焦点之一，备受关注[1]。
近年来，国内外学者分别在动力学建模[2-4]、摩擦模型[5]仿真[6-7]以及实验[8-11]等方面进行了深入探索，但往往忽略了碰摩摩擦力引起的转子扭振以及转速控制力矩[12、13]。
邓小文[14-16]以一种异步电机为对象，研究了转、静子的弯曲-扭转耦合振动，该研究针对电机驱动的地面旋转机械，其转速控制响应快，反馈转矩可迅速控制转子的转速。
航空发动机通过高压气流与燃油混合燃烧后产生高温燃气作为驱动，转速控制系统的响应要慢得多，而工作转速又非常高，因此，航空发动机的碰摩将可能造成转速波动，引起转子弯扭耦合振动。
双盘转子—电磁轴承系统的碰摩振动特性
双盘转子—电磁轴承系统的碰摩振动特性尹凤伟;王学明;张晓蓉【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2024(21)1【摘要】转子系统的非线性振动是工程实际中的复杂问题,尤其转子系统碰摩振动的强非线性动力学特性,诱发倍周期分岔、hopf分岔及混沌等复杂现象。
建立一类考虑碰摩故障的主动电磁轴承支撑双盘转子系统的力学模型,基于非线性动力学和转子动力学理论,采用多目标协同、多参数耦合仿真分析,运用变步长4阶Runge-Kutta法数值计算,通过获得的转子系统周期分岔图、碰摩分岔图、轴心轨迹图、Poincaré映射图、最大碰摩力及碰摩占空比曲线图,揭示了转子系统的非线性动态响应。
同时研究复杂转子系统的碰摩振动特性与结构参数的关联关系。
计算结果表明,系统的间隙阈值越小且转速越低条件下的周期碰摩振动越具复杂性和多样性,且系统因碰摩故障引发的最大碰摩力及碰摩占空比曲线峰值也较高。
系统的定子刚度比越大,其表现出的各类周期碰摩振动的振动幅值和冲击速度越高;最大碰摩力越大。
系统的偏心比值越大,系统的周期碰摩振动模式类型越多样化且混沌窗口越多;系统的各类周期碰摩振动产生的最大碰摩力和碰摩占空比也越高。
同时,进一步分析了基本周期振动、亚谐振动、概周期振动和混沌的发生区域及转迁规律。
研究结果可以有效地为该类转子系统动态匹配设计、大数据诊断与协同优化提供实际指导意义。
【总页数】15页(P299-313)【作者】尹凤伟;王学明;张晓蓉【作者单位】吉林铁道职业技术学院东北亚高铁学院;兰州交通大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】O322;TH113.1【相关文献】1.弹性机匣-滚动轴承双盘碰摩转子系统动力学特性2.双盘转子轴承系统不对中-碰摩耦合故障分析3.含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学特性分析4.动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析5.双盘悬臂转子—轴承—机匣耦合系统碰摩故障分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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_徐可君
研究或者实现振动状态监测和故障诊断的关键环 节有二 , 一是故障特征信息和监测特征量的确定 , 二是 信号的处理与分析[ 1, 2] 。 其中 , 故障特征信息一般是通 过分析被监测对象动力特性的途径来探寻 [ 3 - 5] 。
b =l1 l3 [ (l1 +l2 +l3 )2 - l21 - l23 ]
c =(l2 +l3 )
l1
+l2 +l3 l2 +l3
l32
+((l1
+l2
+l3 )2
-
(l2 +l3 )2 )(l1 +l2 ) - (l1 +l2 )3
d =l3 (l1 +l2 )[ (l1 +l2 +l3 )2 - (l1 +l2 )2 - l23 ]
dA1 =|kxA1 - yA1 - kxp1 +yp1 |/ 1 +k2 ,
dA2 =|kxA2 - yA2 - kxp1 +yp1 |/ 1 +k2 , 或当 , k =∞时 , 有 dA1 =|xA1 - xp1 |, dA2 =|xA2 - xp1 | 或当 , k =0时 , 有 dA1 =|yA1 - yp1 |, dA2 =|yA2 - yp1 |
度 。 因此 , 可能的碰摩点的位置 亦应与振动位移相联
系 。 基于刚性盘的假设 , 盘的偏转仅是一平面转动 , 因
此最有可能发生转静碰摩的部位为静子封严圈上距离
O1 P1 轴最远的点 (对盘 1);显然过封严圈圆心 O j 且垂
弹性基础-轴承-转子系统的临界转速与稳定性分析
a31 a32 X M 0 求得某一临界角速度后，由 Q 25 a41 a42 24 A 1
A Zi a12 a22 1 X1 a32 a42 i 1
谢谢！
参考文献
【1】徐龙祥.高速旋转机械轴系动力学设计.国防工业出版社.1994 【2】闻邦椿，顾家柳.高等转子动力学-理论、技术及应用.机械工业出版社。2000. 【3】彭超英,朱均.弹性支承滑动轴承系统的上稳定性理论及应用.[J].摩擦学学报 . 1999..19-1 【4】应家扬.可倾瓦滑动轴承-转子系统非线性动力学特性及稳定性分析.[D]哈尔滨工业大 学.2009.6 【5】张亚红,许庆余.弹性支承滑动轴承不平衡转子系统非线性动力稳定性和分岔的研究.[J] 应用力学学报.2003.9 【6】XuYanzhong，Jiang Shuyun．Study of dynamic characteristics of the high speed angular· contact ceramic ball bearing [J]．Journal of outheast University.2004.20(3)： 319—323． 【7】Ehrich.F.F .Some observations of chaotic vibration phenomena in high speed rotor dynamics, Trans, ASME Journal of Vibration and Acoustics, 1991,113:51~60 【8】陈云飞,黄锡时.动静压滑动轴承的稳定性分析.[J]机械科学与技术.1997.16-3 【9】赵 娟.高速滑动轴承-转子系统的动态特性研究.[D]哈尔滨工业大学.2009 【10】曹颜玉.滑动轴承－转子系统油膜失稳分析.[D].天津大学.2007
航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析
航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析发布时间：2022-01-05T09:15:50.398Z 来源：《中国科技人才》2021年第21期作者：赵丹[导读] 据笔者调查研究显示，航空发动机转子不平衡问题的主要原因为发动机的风车不平衡所导致的。
湖南机场股份有限公司长沙机场分公司机务保障部 410137摘要：近年来，随着我国社会经济及社会科技的发展，我国航空领域也得到了快速的发展。
然而，在航空领域发展的过程中发现，航空发动机转子不平衡问题会导致发动机风车受到严重的损伤，极有可能引发较大的安全事故，因此，开展对航空发动机转子不平衡的研究尤为重要。
基于此，本文展开了对航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析，希望对相关人员有所启示。
关键词：航空发动机转子；不平衡状态；转静碰摩试验；风车引言：据笔者调查研究显示，航空发动机转子不平衡问题的主要原因为发动机的风车不平衡所导致的。
当发动机的风车受外力作用下，风车会处于一种持续运转的不平衡状态，这就导致风车很容易受到损伤，并与发动机产生转静碰摩，这严重影响了航空发动机的正常使用。
因此，本文开展了对航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析，在分析了模拟转子试验模型后对试验验证进行了分析，故而具有较大的可靠性。
1、航空发动机转子不平衡下转静碰摩概述近年来，随着我国航空领域的不断发展，我国的航空工业也得到了快速的发展，为了满足航空领域的发展需求，发动机的推质比越来越高，发动机的性能越来越好，这对我国航空事业的发展起到了不小的推动性力量。
就目前情况而言，我国航空工业为了能够使得发动机能够更好的为航空器提供动力来源，选择不断增加发动机叶片的尺寸，致使大涵道比涡扇发动机叶片尺寸越来越大。
从正反两面来讲，这虽然能在一定程度上提高发动机的运行能力，但这也会导致发动机对叶片、转子的依赖性进一步增强。
叶片一旦出现问题，将会对整个发动机产生较为严重的影响。
在实际发动机使用的过程中，由于会受到多种外界的干扰因素导致发动机的运行稳定性不佳，如气流、鸟撞等问题都会导致发动机受到损伤，更为严重时也会导致发动机叶片掉落，致使发动机的风车处于不平衡的运动状态，而此时发动机的风车将会产生碰摩，这就给整个航空器的使用安全性带来了严重的影响。
双盘转子系统不对中-碰摩故障仿真及实验研究
双盘转子系统不对中-碰摩故障 仿真及实验研究
董庆运1，马梁2，* ，鲁鑫3
( ) 1． 天津职业技术师范大学，天津 300222 2． 中国民航大学，天津 300300； 3． 天津大学，天津 300072
摘要： 本文建立了通过齿式联轴器连接、滚动轴承支承的双盘转子动力学模型。该模型引入了齿式 联轴器啮合力，不对中力和碰摩力。同时搭建转子实验台，并且进行了低转速下不对中-碰摩实验， 研究转子在低速下的动力学特性和碰摩力特征。结果表明： 低速实验下转子碰摩对于整体振动影 响不大，在低转速下会产生一定的分数频率，并对倍频幅值产生一定影响； 仿真结果显示，随着转速 的增加，转子与静子产生碰摩，系统逐渐产生分数频率，并且系统的运动稳定性变差，碰摩力变得无 规律。
Abstract： In this paper，the dynamic model of a two-stage rotor system which is connected by a gear coupling and supported on ball bearings is established． The meshing force of gear，misalignment，and rub-impact are introduced into the model． Experiments on the rotor and its misalignment-rubbing faults at low speed are conducted． The nonlinear dynamic behavior of the rotor system is studied under fault conditions． The experimental data of the rotor system under misalignment-rub is analyzed． The results show that： the effect of rub fault on the rotor system is not clear under low speed； some frequency divisions appear and the double frequency amplitude has only a little change； the simulation results show that with the increasing of speed，the rub occurs between the rotor and the stator，sideband frequencies appear，the system becomes more unstable，and the change of rub-impact force is irregular．
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
定 了研究 结果 不可 能完 全 一致 。其 中有 许 多有 益 的发
现， 从而对 转 、 静碰摩 的研究 奠 定 了基 础 ， 出 了转 、 指 静 碰摩 研究 的基 本方 向和途 径 。 多年 来 ， 管 对 转 子 与 静 子 的碰 摩 问题 倾 注 了研 尽
中图 分 类 号 ：Ｖ ３ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ
研究 或者 实现 振动 状态 监测 和故 障 诊 断 的关 键 环
不是 孤立 发 生 的 ， 们 之 间具 有 一 定 的相 关 性 。主 要 它 体现 在 ： ） １ 某种 形 式 的初 始 碰 摩 会 诱 发 另外 一 种 形 式
点不同， 采用 了不 同的碰 摩 模 型和 分 析 方法 ， 而这 也决
需要 指 出 的是 ， 复杂 系统 的转 、 间径 向 一轴 向碰 静
摩试 验 的实现 是相 当复 杂 和 困难 的 ， 括碰 摩 的部 位 ， 包 时机 和程 度 的确定 及实 验 过程 的控 制等 ， 险 性也 大 。 风 因此 ， 数值 仿 真分 析是研 究 中的重 要手段 。 本文 在前 人 的研 究 基 础 上 ， 合 航 空 发 动 机 的结 结
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振 第２ ６卷第 ８期
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种 考 虑径 向 一 向碰 摩 的 双 盘转 子 一机 匣 系统 力 学模 型 的建 立 轴
徐可君 ， ห้องสมุดไป่ตู้海 勤
（ 海军航空工程学 院青 岛分 院 ， 青岛 ２ ６４ ） ６０ １
航空发动机双转子系统碰摩故障振动特性研究
航空发动机双转子系统碰摩故障振动特性研究欧阳运芳;明阳【摘要】航空发动机转子系统的振动对飞机的飞行安全具有重要影响.文中针对某型航空发动机无中介轴承的双转子系统的结构特征,采用集中质量法建立了双转子-轴承-机匣耦合的动力学模型,分别对内外转子碰摩故障进行了仿真,通过轴心轨迹图、时域波形图、频谱图、庞加莱图分析了双转子系统耦合振动响应特性,提取了内外转子碰摩故障特征.研究成果可以为航空发动机振动状态监测和故障诊断系统提供理论支持.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】7页(P65-71)【关键词】航空发动机;双转子系统;碰摩故障;集中质量法;耦合振动响应分析【作者】欧阳运芳;明阳【作者单位】上海中航商用航空发动机制造有限责任公司,上海201306;上海中航商用航空发动机制造有限责任公司,上海201306【正文语种】中文【中图分类】V231.3飞机的飞行事故中发动机故障占相当大的比例，其中以发动机振动故障的危害尤为严重。
航空发动机振动过大可导致转子与静子之间的碰摩，直接影响发动机正常运行、可靠性及寿命，甚至危及飞机的飞行安全。
碰摩力模型是碰摩振动故障机理研究的关键。
目前通常采用库仑摩擦力和Hertz接触碰摩力来建立碰摩力模型。
An、Yuan等［1-6］采用库仑摩擦力开展了碰摩转子系统响应研究，发现了转子的周期、拟周期以及混沌运动现象，推导了同步全周碰摩解的稳定性判据，给出了稳定性判据简洁的近似表达式。
李飞敏、杨树华等［7-11］建立了基于Hertz接触理论的碰摩故障非线性动力学模型，研究了系统响应随转速、转静间隙、碰摩刚度等因素的变化规律，以及系统从周期运动向混沌运动的演化过程。
Abuzaid、Chu［12-16］建立了单、多盘转子碰摩试验装置，模拟了单点碰摩、局部碰摩以及整周碰摩故障，观察到了碰摩过程中的1/2×，3/2×等分数阶谐波以及1×，2×，3×谐波成分，发现碰摩间隙和摩擦因数对系统的稳定区域的影响规律。
基于弹塑性接触分析的转子系统碰摩特性研究
基于弹塑性接触分析的转子系统碰摩特性研究
王立鹏;王欣彦;战洪仁;寇丽萍;张先珍
【期刊名称】《汽轮机技术》
【年(卷),期】2013(055)003
【摘要】通常的转子系统碰摩分析是假设在弹性变形下进行的,在发生严重碰摩时会产生塑性变形,这种假设会产生较大偏差.为了分析在塑性变形下整个转子系统的碰摩特性,建立了一种转子系统塑性变形有限元模型.该模型给出了弹塑性变形假设下转子碰摩力与变形量的关系曲线,并与弹性变形假设曲线进行对比.根据碰摩转子动力学方程,得到转子的位移波形图、轴心轨迹及分岔图,并将计算结果进行比较分析,表明了弹塑性分析的必要性,对实际机械故障诊断具有指导意义.
【总页数】4页(P189-191,240)
【作者】王立鹏;王欣彦;战洪仁;寇丽萍;张先珍
【作者单位】沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学数理系,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1
【相关文献】
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姜广义
3.基于非线性支承的磁悬浮双转子系统碰摩特性研究 [J], 姚俊夫;王念先;刘明政;
葛萍萍
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5.考虑定子质量和碰摩面刚度的转子/定子系统碰摩响应的全局动力学特性研究 [J], 张小龙;江俊
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１ １ 轴 承 回转动 力特性 ． 在燃气 涡轮 发 动 机 等旋 转 机 械 中 ， 由于制 造 误 差
等原 因 ， 滚动 球 轴 承 的 内外 圈与 滚 动 体 之 间 实 际上 可 能存在 有微 小 间隙 。如 果 滚 动体 直 径 不 相 同 ， 在 大 则
的滚 动体插 入方 向上 ， 向间 隙变小 刚度增大 △ ， 径 而在
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匣作为 统一 的 整体 ， 究 其 碰 摩 的动 力 学 特 性 。本 文 研
分析计及 机 匣弹 性 、 陀螺 力 矩并 同 时考 虑 轴 承 刚 别为 转 子 １到两 端 轴承 的距 Ｚ ｉ ，，）
离 和转子 ２悬 臂长 度 ， Ｅ为 转轴 的弹性模 量 ， ｉ ， ， ＝１２ ３ 为转轴 的轴惯 性 矩 ， ． ｉ ， ） 别 为转 子 ｉ ） ６ （ ＝１ ２ 分 与 机 匣之 间的间 隙 和碰 摩 时 的 摩 擦 系数 ， ｉ ， ） ｋ （ ＝１ ２ 分
基 金项 目 ：国家 自然 科 学 基金 资 助 重 点 项 目（０ ３ ００ ； 家 高 技 术 研 ５５５１） 国
究 发展 计 划 项 目 （０ ６ Ａ ４ ４ ８ 。 ２ ０ Ａ ０ Ｚ ０ ）
其垂 直方 向上径 向问 隙变 大 刚度 减小 △ ， 即在 相互 垂 直方 向上存 在轴承 刚度 差 ， 图 ２所 示 。这种 轴 承 如 刚度差 随转 动坐标 系 ７ （ ＝ ， ） ７ ｉ ３ ４ 以滚 动体 的公转 角
中的 和 Ｙ 。
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应 的影 响 ， 更不 应该 忽略 转子 圆盘 的陀 螺力 矩 的影 响 。 目前 尚没有 同 时考 虑 机 匣 弹性 、 匣与 定 子 问 的弹 性 机 联 接 、 承刚 度 差 和 陀螺 力 矩 等对 悬 臂 双 盘 转 子 系 统 轴 稳 定性 的综合 影响 的研 究 。为此需 要将 转 子 与机
响； 两轴 承 刚 度 对 稳 定 性 影 响 基本 相 同 ， 两 轴 承 的 回转 动 力 激 励 和 两 圆 盘 碰摩 对 稳 定 性 影 响 明显 不 同 ； 匣 连 接 刚 度 越 而 机
小， 机匣 刚度越大 ， 越有利于系统的稳定 ； 轴承刚度大于临界轴承刚度时 ， 系统存在稳定运动区域 ， 否则系统不存 在稳 定运
１ 转子 系统动力学模型与运动微分方程
综合 考虑机 匣弹性 、 承 刚度 差 、 轴 碰摩 力 和 陀螺 力 矩 的双盘 转子 系统动力 学模 型如 图 １ 所示 。 图 １中 ， ｉ ， ， ， ） 别 为跨 中盘转 子 、 ｍ （ ＝１ ２ ３ ４ 分 悬臂 盘 转子 、 两轴 承质 量 ， ｉ ５～８ 为机 匣质 量 ，扪 ｍ（＝ ） ‘ ， （ ＝１２ 分别 为转 子 １和转 子 ２的直 径转 动 惯量 和极 ｉ ，）
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和碰摩 时 ， 转子 系统 的运 动稳定 性 问题 ， 为合 理选 定 转 子系统稳 定性参 数提供 依据 。
图 １ 机 匣 转 子 系统 简化 动 力 学 模 型
Ｆｉ １Ｔｈ ｉ ｌｆｅ ｙ ａｍｉ ｄｅ ｆｃ ｓｎ ｏｏ ｙ ｔｍ ｇ． ｅ ｓｍｐ ｉ ｄ ｄ ｎ ｉ ｃ ｍｏ ｌｏ ａ ｉ ｇ ｒ ｔｒｓ ｓｅ
本身 的弹性 、 匣 与定 子 间的 弹性 联 接 对 转 子 系统 响 机
别 为转子 ｉ 与机 匣之 间的径 向碰 摩 刚度 。ｋ ｊ
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Ｃ ｉ ， ， ） 别 为机 匣 等 效 弹 簧 刚度 和阻 尼 系数 ， （ ＝１２ ３ 分 ｋ （ ＝３～８ 分 别 为 两 轴 承 和 机 匣 的等 效 支 承 刚 ｉ ） 度 ， Ｃ（＝ ｃ ｉ ３～８ 分别 为 两 轴 承 和机 匣 的 阻尼 系数 。 ） 图中只 画出二 维 投 影 ， 略 去各 刚度 和 阻 尼 系 数 下标 故
摘 要 ：建立了计及机匣弹性、 陀螺力矩并考虑轴承回转动力激励的悬臂双盘碰摩转子系统的动力学模型和运动
微分方程 ， 根据稳定性理论 ， Ｊｃｂ 矩阵特征值的性质分析了转子系统参数对转子系统解的稳定性 的影响 ， 利用 系统 由 ａｏｉ 并
的阶跃响应和零 极点分布 图判别系统运动是否稳定 。分析结果表明 ： 轴承 回转动力激励和碰摩对系统稳定性产生不利影
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动
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第２ ９卷第 ８期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ Ｉ Ｈ０ＣＫ
弹 性机 匣双盘 碰摩 转 子 系统 的稳定 性
袁 惠群 ，王正浩 ，闻邦椿
（． 北大学 理学院 ， 阳 １东 沈 １００ ２ 东北 大 学 机 械 工程 与 自动 化 学 院 ， 阳 １０ ０ ； １０４；． 沈 １０ ４ １０ ６ ） １１８ ３ ．沈 阳建 筑 大 学 理 学 院 ， 阳 沈
动 区域 。
关键词 ：弹性机 匣转子系统 ； 轴承 回转动力激励 ； 陀螺力矩 ； 稳定性
中图 分 类 号 ：０ ２ ３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
转 子 系统 的碰摩 与滚 动 轴承 间 隙对 其动 力 学特 性 的影 响 已有较 多研 究 ¨ ， 由于 制造 误 差 等原 因 ， 而 在 相互垂 直 的方 向上产 生 的轴 承 回转 刚度 差对 转 子 系统 动力学 特性 的影 响研 究 尚不 多见 。 。 当碰 摩 发生 时 。 转子与 机匣 均受 到碰 撞 力 与 摩擦 力 的作 用 ， 子 与 机 转 匣 的振 动彼 此 相 互影 响 ， 影 响 以后 的碰 摩 过 程 。考 并 虑到有 些实 际转 子 的特 殊结 构形 式 ， 应 该 忽 略 机 匣 不