组合弹性支承—阻尼系统动力特性理论及试验研究

论文摘要

航空发动机转子系统最常见的问题是由稳态同步进动引起的剧烈振动,为了减小转子振动,通常引入外部阻尼降低转子过临界转速时的振动峰值。挤压油膜阻尼器（Squeeze Film Damper,简称为SFD）是当前广泛用于航空发动机的一种支承阻尼器,它具有减振效果明显、结构简单、可靠性高等突出优点,但同时也存在一些缺点,如油膜的高度非线性特性导致的双稳态、锁死和非协调进动等现象,这些现象会引起转子系统振动过大甚至碰摩、疲劳,因而限制了SFD的使用范围。本文在传统SFD的基础上,提出一种新型的组合弹性支承挤压油膜阻尼器（Combined Elastic Support-Damper,简称为CESD）,即将弹性环式弹性支承置于SFD中,构成弹性环式挤压油膜阻尼器（Elastic Ring Squeeze Film Damper,简称为ERSFD）,将其与鼠笼式弹性支承并联构成组合弹性支承—阻尼系统,既发挥了传统SFD的优点,又改善了油膜刚度高度非线性的不足。本文对ERSFD系统的弹性支承刚度进行了分析,获得了弹性环刚度随结构参数变化的基本规律,并进行了试验验证;推导了弹性环式挤压油膜阻尼器的Reynolds方程,建立了ERSFD的理论模型,编制了ERSFD油膜特性分析程序,分析了阻尼器的油膜力特性,获得了阻尼器油膜力特性随结构参数变化的基本规律;发展了组合弹性支承—阻尼—转子系统动力特性的分析方法,分析了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子—支承系统的动力特性,并进行了试验验证;通过试验,得到了轴向力、供油条件、结构参数以及不平衡量对组合弹性支承—阻尼系统动力特性的影响规律,研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振机理,为航空发动机组合弹性支承—阻尼系统的工程设计提供了有价值的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 传统挤压油膜阻尼器（SFD）
• 1.2.2 挤压油膜阻尼器的改进
• 1.2.3 弹性环式挤压油膜阻尼器（ERSFD）
• 1.3 本文研究工作
• 1.3.1 总体研究方案
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 弹性支承刚度特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 鼠笼刚度计算方法
• 2.2.1 近似计算法
• 2.2.2 有限元计算法
• 2.3 弹性环刚度计算方法
• 2.3.1 近似计算法
• 2.3.2 有限元计算法
• 2.4 弹性环刚度特性
• 2.4.1 弹性环刚度随涡动角的变化
• 2.4.2 弹性环刚度随凸台参数的变化
• 2.4.3 径向间隙对弹性环刚度的影响
• 2.5 小结
• 第三章 弹性环式挤压油膜阻尼器油膜力特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 弹性环式挤压油膜阻尼器的REYNOLDS 方程
• 3.2.1 Reynolds 方程的一般形式
• 3.2.2 内油膜Reynolds 方程
• 3.2.3 外油膜Reynolds 方程
• 3.2.4 ERSFD 和SFD 的运动特点的比较
• 3.2.5 ERSFD 油膜压力求解方法
• 3.3 油膜力特性
• 3.3.1 无端封ERSFD 油膜力特性
• 3.3.1.1 油膜压力分布
• 3.3.1.2 等效刚度和等效阻尼随偏心率的变化
• 3.3.1.3 等效刚度和等效阻尼随涡动角的变化
• 3.3.1.4 等效刚度和等效阻尼随凸台宽度的变化
• 3.3.1.5 等效刚度和等效阻尼随凸台高度的变化
• 3.3.2 有端封ERSFD 油膜力特性
• 3.3.2.1 油膜压力分布
• 3.3.2.2 等效刚度和等效阻尼随偏心率的变化
• 3.3.2.3 等效刚度和等效阻尼随涡动角的变化
• 3.4 小结
• 第四章 组合弹性支承—阻尼—转子系统动力特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 临界转速分析
• 4.2.1 无阻尼临界转速
• 4.2.2 前支点刚度对临界转速的影响
• 4.3 转子不平衡响应分析
• 4.3.1 不平衡量对响应的影响
• 4.3.2 弹性环不同接触状态的响应对比
• 4.4 小结
• 第五章 弹性支承静刚度试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验件设计
• 5.2.1 弹性支承设计
• 5.2.2 封油胶圈
• 5.3 试验设备及测试方法
• 5.3.1 试验设备
• 5.3.2 测试方法
• 5.4 鼠笼的静刚度测试
• 5.4.1 后支承鼠笼静刚度
• 5.4.2 前支承鼠笼（笼条宽度为2.5mm）静刚度
• 5.4.3 前支承鼠笼（笼条宽度为2.7mm）静刚度
• 5.5 组合弹性支承的静刚度测试
• 5.6 试验值与计算值的对比
• 5.7 小结
• 第六章 组合弹性支承—阻尼—转子系统动力特性试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验件设计
• 6.3 试验设备及测试方法
• 6.3.1 试验设备
• 6.3.2 测试方法
• 6.4 轴向力的影响
• 6.5 供油条件的影响
• 6.5.1 供油压力
• 6.5.2 排油孔位置的影响
• 6.5.3 封油胶圈的影响
• 6.5.4 阻尼孔的影响
• 6.6 结构参数的影响
• 6.7 不平衡量的影响
• 6.8 ERSFD 减振机理分析
• 6.9 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 本文的主要贡献
• 7.3 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文