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航空发动机附件齿轮行波共振噪声测量与分析

振动与冲击 2019年第22期38卷 210-215页

作者：何刘海吴桂娇王平武昌耀中国航发湖南动力机械研究所中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室

航空发动机附件齿轮由于行波共振会引起成块断裂的破坏。针对航空发动机转速高、测量环境复杂、信噪比低等特点,为了准确测量行波共振转速,设计合适的声波导管,将齿轮产生的机械噪声以平面波的形式从附件机匣内部传递出来,布置声传感器... 详细信息

航空发动机附件齿轮由于行波共振会引起成块断裂的破坏。针对航空发动机转速高、测量环境复杂、信噪比低等特点,为了准确测量行波共振转速,设计合适的声波导管,将齿轮产生的机械噪声以平面波的形式从附件机匣内部传递出来,布置声传感器测量齿轮噪声,并对声信号进行时频分析,获得齿轮的行波共振转速、频率及激励源。其结果与有限元计算结果相比最大误差为3.75%,验证了该结果的准确性。对比分析了齿轮在不同边界条件下的行波共振转速,结果显示边界条件对高阶行波频率影响较小,为航空发动机齿轮设计和故障诊断提供了简单、有效的手段。

关键词：航空发动机附件齿轮行波共振声波导管

基于支持向量机决策树的航空发动机轴心轨迹识别方法

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中国机械工程 2019年第8期30卷 969-974页

作者：何刘海吴桂娇王平中国航发湖南动力机械研究所中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室株洲412002

针对航空发动机转子轴心轨迹难以准确自动识别的问题,提出了基于二维形状不变矩和支持向量机(SVM)决策树的识别方法。对信号滤波降噪和倍频提纯,形成比较清晰的轴心轨迹;利用二维形状不变矩提取轴心轨迹的图形特征,得到不变矩特征向量,... 详细信息

针对航空发动机转子轴心轨迹难以准确自动识别的问题,提出了基于二维形状不变矩和支持向量机(SVM)决策树的识别方法。对信号滤波降噪和倍频提纯,形成比较清晰的轴心轨迹;利用二维形状不变矩提取轴心轨迹的图形特征,得到不变矩特征向量,进而构造特征故障的训练和测试样本;采用SVM进行训练和学习,构造SVM决策树,识别故障类别,分类正确率达93.3%以上。应用实测弹支振动应力信号对该方法的准确性进行了验证,结果表明,该方法有效地解决了航空发动机转子轴心轨迹自动识别准确率低和小样本问题。

关键词：航空发动机轴心轨迹二维形状不变矩支持向量机决策树

航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究

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推进技术 2019年第1期40卷 166-174页

作者：胡国安何刘海吴桂娇武昌耀刘超中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室湖南株洲412002

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测... 详细信息

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测量齿轮的行波共振转速及频率,行波共振时电阻应变计能够准确测量出齿轮动频;被测锥齿轮在运行转速范围内存在多个节径行波共振,最大分频动应力在五节径后行波处,幅值约为115MPa。

关键词：航空发动机锥齿轮行波共振噪声动应力

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带柔性静子结构高速转子支承刚度修正方法

振动与冲击 2020年第7期39卷 29-35,66页

作者：邓旺群吴施志刘文魁孙勇唐虎标中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室湖南株洲412002

针对某涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子支承刚度的修正方法开展研究。以动力涡轮模拟转子为研究对象,建立了转子的有限元分析模型,基于SAMCEF分析软件计算得到了转子的前三阶临界转速和振型,在高速旋转试验器上完成了全转速范... 详细信息

针对某涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子支承刚度的修正方法开展研究。以动力涡轮模拟转子为研究对象,建立了转子的有限元分析模型,基于SAMCEF分析软件计算得到了转子的前三阶临界转速和振型,在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性试验,分析确认了柔性过渡段是导致模拟转子前两阶临界转速存在较大计算误差的主要原因,基于临界转速试验结果,提出了一种转子支承刚度的修正方法并对模拟转子的支承刚度进行了修正,推算得到了柔性过渡段的横向刚度。其次,以真实动力涡轮转子为研究对象,按修正方法对真实动力涡轮转子的支承刚度进行了修正,支承刚度修正后其前两阶临界转速的计算误差大幅减小,验证了该修正方法的正确性,修正后的计算模型很好地反映了真实转子的实际情况。研究工作对类似高速转子支承刚度的修正有重要的指导意义,可有效提高航空发动机带柔性静子结构高速柔性转子的建模精度。

关键词：涡轴发动机悬臂动力涡轮转子柔性过渡段临界转速计算误差支承刚度修正方法

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航空发动机高低压转子间碰摩故障特征提取

推进技术 2022年第2期43卷 341-348页

作者：边杰梅庆陈亚农徐友良彭春雷中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室湖南株洲412002

针对变分模态分解(VMD)需要人为确定输入参数的问题,提出了一种参数自适应VMD(APVMD)方法,其通过粒子群(PSO)算法优化VMD的输入参数。使用APVMD结合切片谱的方法,对双转子航空发动机振动正常和异常状态下的实测弹性支承应变信号进行分... 详细信息

针对变分模态分解(VMD)需要人为确定输入参数的问题,提出了一种参数自适应VMD(APVMD)方法,其通过粒子群(PSO)算法优化VMD的输入参数。使用APVMD结合切片谱的方法,对双转子航空发动机振动正常和异常状态下的实测弹性支承应变信号进行分析。分析结果表明,APVMD方法可以自适应地实现对实测弹性支承应变信号的分解;当发动机振动正常时,高低压转子弹性支承应变信号的APVMD模态分量中只存在高低压转子的1倍频和2倍频成分;当发动机振动异常时,低压转子弹性支承应变信号的APVMD模态分量除了包含低压转子的1倍频及倍频成分,还包含高压转子的1倍频和分频成分,以及高低压转子间的调制频率和组合频率成分;在高压转子弹性支承应变信号的APVMD模态分量中,除了高压转子的1倍频和2倍频成分,还存在高压转子的分频成分。

关键词：航空发动机高低压转子振动信号分离故障特征提取参数自适应变分模态分解

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航空发动机转子盘腔积油振动故障分析

航空动力学报 2021年第2期36卷 341-351页

作者：丁小飞曹航冯国全江建玲中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所辽宁省航空发动机冲击动力学重点试验室沈阳110015

结合工程中航空发动机转子在试验中遇到的积油振动问题,从积油振动理论、动力学特性和振动信号分析方面展开研究,剖析了转子盘腔积液故障机理,获得了所引起转子失稳振动的特征及规律,建立了盘腔积油故障识别的流程和准则,以及其振动监... 详细信息

结合工程中航空发动机转子在试验中遇到的积油振动问题,从积油振动理论、动力学特性和振动信号分析方面展开研究,剖析了转子盘腔积液故障机理,获得了所引起转子失稳振动的特征及规律,建立了盘腔积油故障识别的流程和准则,以及其振动监控指导。研究表明:积油在转子临界转速以上的特定区域才会产生明显的次谐波振动,引起转子自激振动,自激振动频率与转子1阶临界转速接近;在临界转速以下,仍以转频振动为主,且积油会导致过临界转速峰值增大;上述故障识别的流程和准则应用在某发动机试验件转子,准确地识别出盘腔积油特征,验证本文研究结论的正确性。

关键词：盘腔积油振动动力学特性振动信号分析转子失稳振动监控

各级差异化多级刷式密封级间压降均衡性数值与实验研究

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航空动力学报 2022年第5期37卷 934-945页

作者：赵欢李业隆孙丹慕伟马婷胡广阳沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

分析多级刷式密封级间压降分配特性理论,提出新型各级差异化多级刷式密封结构,基于流固耦合方法建立新型多级刷式密封三维实体计算模型,设计搭建新型多级刷式密封泄漏流动特性实验装置,数值与实验研究在不同工况条件下,结构参数对新型... 详细信息

分析多级刷式密封级间压降分配特性理论,提出新型各级差异化多级刷式密封结构,基于流固耦合方法建立新型多级刷式密封三维实体计算模型,设计搭建新型多级刷式密封泄漏流动特性实验装置,数值与实验研究在不同工况条件下,结构参数对新型结构多级刷式密封级间压降均衡性和泄漏特性的影响规律。研究结果表明:传统结构多级刷式密封各级级间压降占比均衡性标准差为8.41,新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最大为4.69,最小为2.07。相较传统各级相同结构,增大下游级有效流通面积的新型各级差异化多级刷式密封可有效改善级间压降的不均衡性。提高后挡板保护高度使得新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最小,各级级间压降占比较接近,可明显改善新型结构多级刷式密封级间压降均衡性。减少刷丝束厚度和增大刷丝束与转子面间隙使新型结构多级刷式密封的泄漏量增大明显。

关键词：新型各级差异化多级刷式密封流固耦合三维实体建模级间压降均衡性泄漏流动

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刷式密封吹下效应诱发机理流固耦合数值研究

航空动力学报 2021年第2期36卷 310-319页

作者：杜宸宇孙丹刘永泉战鹏信琦沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

分析了刷式密封吹下效应理论模型,建立基于arbitrary Lagrange-Euler(ALE)流固耦合方法的刷式密封吹下效应三维瞬态数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,分别研究了刷丝轴向、径向和截面变形特性,量化分析了刷丝径向吹下量,揭示了刷... 详细信息

分析了刷式密封吹下效应理论模型,建立基于arbitrary Lagrange-Euler(ALE)流固耦合方法的刷式密封吹下效应三维瞬态数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,分别研究了刷丝轴向、径向和截面变形特性,量化分析了刷丝径向吹下量,揭示了刷式密封吹下效应诱发机理。研究表明:刷式密封吹下效应会减小刷丝径向间隙,考虑吹下效应可以更加准确地计算泄漏量。刷式密封吹下效应是伴随刷丝扰动的非定常变形形式,刷丝自由端相比于后挡板径向中部和末端的刷丝截面,其吹下效应和刷丝扰动均较强。随着进出口压比的增加,刷式密封刷丝在具有更大径向吹下量的同时也伴随着更强的刷丝扰动,在研究工况下,2、3和4进出口压比下的刷丝束中部刷丝最大径向吹下量分别为0.004、0.010 mm和0.019 mm。刷丝具有一定的周向倾角和刷丝束区域的径向压力梯度是诱发刷式密封吹下效应的初始条件,且刷丝间的法向正压力和切向摩擦力会进一步影响吹下效应。增大刷丝周向倾角可以减弱刷式密封吹下效应。

关键词：刷式密封吹下效应诱发机理 arbitrary Lagrange-Euler(ALE)方法流固耦合

基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

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中国机械工程 2024年第4期35卷 636-645,690页

作者：杨艺潇孙丹兰可心赵欢冯毓钟张杰一沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550081 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种... 详细信息

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种不同涂层材料的摩擦转盘,实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响,通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量,获取了刷丝与转子涂层材料的匹配性关系。研究结果表明:刷式密封最高温度会随着摩擦时长的增加先迅速升高后趋于稳定,随着干涉量的增大而升高,干涉量由0.3 mm增大至0.4 mm,刷丝平均最高温升达39.96℃;最高温度随着刷丝束厚度的增加而升高,随着后挡板保护高度的增大而降低;当刷丝材料为钴基高温合金GH605时,最佳转子涂层材料为WC,当刷丝材料为镍基高温合金GH4169时,最佳转子涂层材料为ZrO_(2),此两种匹配材料能够在相同工况下产生较低的摩擦热量,且耐磨性能高于其他匹配材料。

关键词：刷式密封摩擦热效应摩擦副匹配性干涉量

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