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- 航空发动机轴系轴承试验器设计与系统耦合力学特性研究
- 作者： 张弛 来源： 哈尔滨工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 高速滚动轴承 转子动力学 支撑刚度 航空轴承试验器
- 描述： 轴承在发动机转子中起到重要的支撑作用，滚动轴承的可靠性是保证整个转子可靠性的关键。滚动轴承在航发转子中使用时受到重载、高温、高速等极限工况的考验。通过设计、制造高性能的轴承试验器对航发主轴轴承进行性能试验，是评价轴承性能的重要手段和改进轴承设计的有效方法，业已被认为是推动轴承技术发展的基础性研究途径。论文中设计了一种多转子轴间轴承试验装置，用于模拟航发主轴轴承的润滑特性和航发转子的动力学特性，试验器转子与航空发动机转子具有相同的工况条件、支撑型式和结构型式，可为航发高速转子和航发主轴轴承提供高精度模拟实际工况的试验平台。试验装置基于模块化思想设计，可以测试滚子轴承、深沟球轴承、角接触轴承等，可模拟的最高转速为24000r/min，最高温度可达200℃，而且双转子之间可以实现差速旋转。论文确立了轴间轴承试验装置系统的总体布局方案，完成了轴间轴承试验器的结构设计，并采用solidworks建立了试验装置的三维建模。在简单运动学关系假设和Hertz点接触理论的基础上，建立了角接触球轴承的力学模型，求解了角接触球轴承的等效径向刚度以及轴向刚度。通过集总质量简化和轴承简化为径向弹簧单元的方法，在ANSYS中建立了试验器转子的有限元模型，首先对单箱转子进行了转子动力学分析和离心不平衡激励下的谐响应分析，获得了单箱转子的合理工作转速区域。然后又研究了弹性膜片联轴器的动力学建模方法，并探究了转子-联轴器的耦合机理和解耦的方法，并将此结论运用到联轴器耦合的多转子动力学分析中，得到了弹性联轴器联接的多转子的精确动力学参数。通过分析轴系中轴承-箱体之间的各种耦合关系获得了轴承-箱体耦合下的有限元模型，提出了影响轴系内部载荷分配的因素即：箱体刚度、转轴刚度、载荷作用点位置。通过虚功原理的方法，建立了轴承实际载荷的求解模型。得到了大载荷或者箱体刚度不足情况下的轴承实际载荷与以上因素之间的关系。为高速、重载工况下轴承的合理润滑打下了基础。
- 航空发动机过渡状态线性变参数控制研究
- 作者： 张弛 来源： 沈阳工业大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 切换控制 线性变参数 航空发动机 多项式平方和 鲁棒控制
- 描述： 随着航空发动机技术规格和标准的提高,对航空发动机不同工况下的模型精度和鲁棒性有着越来越高的需求。对于发动机过渡状态,需要对发动机通过控制高压转子转速,以一定的推力迅速的从一种工作状态改变到另一种工作状态。内部状态变量如高压转子转速快速、大范围变化对系统参数特性变化影响较大,而现有的航空发动机增益调度控制器设计多将外部变量高度和马赫数作为调度参数,在系统需要快速响应和跟踪控制指令工况下存在精度和保守性问题。文章中针对LPV形式的航空发动机系统,讨论了不同模型和控制器设计方法在不同控制任务中存在的问题,得到了面向特定工况和控制目标下具有更低保守性的方法,并在某型涡扇发动机中进行控制器设计与仿真,本文的主要内容和创新之处如下:首先对发动机的鲁棒变增益控制LPV建模展开了讨论,分析了LPV模型中调度参数的选取和系统矩阵表达形式对系统特性还原度的影响。将被控对象表述为以高压转子转速作为调度变量的LPV模型,并分别表述为仿射参数依赖和多项式参数依赖两种形式;其次针对以高压转子转速作为调度参数的航空发动机的仿射参数依赖LPV模型,提出将基于线性矩阵不等式的鲁棒变增益控制器设计方法应用到此模型中,在设计点处设计高压转子转速控制器,并在某型涡扇发动机模型中进行仿真验证;最后针对以高压转子转速作为调度参数的航空发动机的多项式参数依赖LPV模型,结合多项式平方和规划方法给出了发动机增益调度系统鲁棒稳定的SOS约束条件并进行控制器求解,实现对发动机高压转子转速的控制。并提出在多个工作点设计子控制器进行切换控制,来保证全包线内的控制效果,并应用在某型涡扇发动机模型中进行仿真,对其控制效果和性能进行检验与分析。本文提出的针对高压转子转速作为调度变量的控制器设计方法,和对单点设计子控制器进行切换控制的思路,获得了一些具有更小保守性的结果,并且应用于航空发动机的控制系统设计中,为高性能要求的发动机LPV鲁棒变增益控制研究做了有意义的尝试。