1、/,2019/7/7,研究课题来源,中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所项目：航空发动机不同心度控制标准的制定方法研究,课题来源,汇 报 内 容,课题来源,研究背景及意义,研究内容及方案,研究计划及进度,1,2,3,4,5,6预期研究成果,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,国内外研究现状分析,第二部分,研究背景及意义,转子不同心是指转子各截面的几何形心相对于旋转中心线的偏差，与 转子截面的质心与旋转中心形成的质量偏心属于两个独立的激励源转子不同心度是装配过程中需要测量和控制的重要参数之一转子不同心度大小对于发动机的性能参数和振动响应等都有显著影响,图
2、1 转子旋转轴与部件惯性轴之间的关系示意图目前，航空发动机由于转配工艺的误差累计，存在严重的转子不同心现象。因此，为了有效地抑制航空发动机的整机振动，需要对航空发动机转子同 心度进行精确控制。,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第二部分,研究背景及意义,转子振动加剧 产生变形,轴承磨损严重,引发转静子碰摩等严重故障,3,2,1,转子出现 不同心,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,高转速下,由此可见，研究转子不同心的振动机理，并在此基础上，对转 子不同心进行控制，对于指导航空发动机的设计、制造和装配、有效地降低航空发
3、动机整机振动，具有非常重要的意义。,汇 报 内 容,课题来源,研究背景及意义,研究内容及方案,研究计划及进度,1,2,3,4,5,6预期研究成果,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,国内外研究现状分析,第三部分,国内外研究现状分析,转子弯曲故障建模的研究现状,在国外：J.S.对初始弯曲及刚度不对称的动力学特性进行了深入研究，结果发 现初始弯曲与质量不平衡方向之间的夹角对幅频曲线有很大的影响，而且当 两者夹角大于某个值时临界转速处的振动幅值将大大小于只有质量不平衡的转子的临界峰值。/,2019/7/7,转子不同心使得转子的轴线在空间形成了一条曲线，形成了转子
4、弯曲故障。在国内：林富生等建立了位于机动飞行飞行器内且同时具有初始弯曲、不对 称刚度和质量不平衡的单盘Jeffcott转子的动力学模型。沈小要等建立了一个具有初始弯曲的不平衡转子模型,通过dAlembert原 理推导了振动方程。通过解析方法,分析了此类转子转静件间发生碰摩的条件冯国权等从动力学理论出发，建立了适合工程应用的多自由度分析模型，同时考虑了陀螺力矩，可以跨越几阶临界转速，并对比了初始弯曲响应与不 平衡响应的特点。,第三部分,国内外研究现状分析,转子不同心（弯曲度）测试技术的研究现状,在国内：目前有关弯曲转子的测量，龚军民等人采用千分表法和目测法相 结合的方式来实现转轴的弯曲测量。张先
5、鹤等在分析传统转轴测量方法的基础上提出了光电扫描方法，实 现了转轴弯曲量的精密测量，激光扫描弯曲测量系统虽然有很高的性能与 实用价值,但需要在提高系统分辨力和精度,提高抗干扰能力和防振的能 力上继续深人研究。关荣锋等将激光扫描技术改进后用于测量汽轮机的大轴弯曲量，并提 出了非接触自动测量的新方法，实现了远距离非接触测量大轴弯曲。/,2019/7/7,，,在国外：已有成熟的产品，比如，CFM56发动机采用的SPS-1000L等测试系 通过测量转子各级盘轴连接止口的跳动，计算出各个盘轴零件的特征值，再对各个特征值进行组合优化，使得组装后转子的同心度最优。,第三部分,国内外研究现状分析,对转子同心度
6、测量：要求转子在组件状态下测量，测量精度0.01mm。对支承同心度（同轴度）测量，要求在静子垂直条件下，测量包含转子 外环、封严蜂窝等部位，测量精度0.01mm。对转静子同心度测量，要求在核心机垂直状态和整机水平条件下分别进 行测量，测量结果需要包括同心度、最小间隙位置和全跳动，测量精度0.01mm。,同心度测量需求分析现状,表为我国某型航空发动机的同心度测量要求及检测方法,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第三部分,振动控制标准方法研究现状,目前对于旋转机械振动的控制标准，普遍采用的是国际标准（ISO10816），通过特征量振动烈度来评价旋转机械振动的
7、大小。/,2019/7/7,I类 发动机和机器的单独部 件II 类 无专用基础的中型机器（15-75KW）专用刚性基础上300KW以下中型机器III 类 刚性基础上的大型机器IV 类 柔性基础上的大型机器,国内外研究现状分析,第二部分,研究背景及意义,以上研究存在的问题：,11,3,对转子不同心的控制标准也缺乏理论 依据,22针对航空发动机定义的转子不同心故障进行故障建模分析和研究较少3,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,对转子不同心的振动机理缺乏深刻认 识,通过研究转子不同心引发的转子系统振动机理、建立转子不同 心故障模型、利用转子试验器对模型进行验证
8、、在此基础上，针 对某型实际的航空发动机高压转子，研究转子各截面的转子不同 心所引发的整机振动变化，提出控制有转子不同心引发的整机振 动控制方法和标准。/,2019/7/7,国内外研究现状分析,第四部分,研究内容及方案,总体的设计方案：,航空发动机转 子不同心故障 振动机理分析 及其应用研究,转子不同心振动机理分析,转子不同心测 试方法研究,转子不同心对 整机振动影响 分析及控制方 法研究,测试原理及测试方法研究,转子弯曲度的测试,基于OPENGL的动态显示系统开发,转子不同心故障仿真分析,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,转子不同心各个截面灵敏度分析,
9、多个截面转子不同心组合仿真灵敏度 分析,对现有控制标准进行评价和改进,第四部分,研究内容及方案,转子不同心测试技术的研究,转子不同心建模仿真研究,含初始弯曲的转子-滚动轴承试验台,含不同心故障的转子-联轴器-滚动轴 承耦合动力学模型,基于实验模拟的不同心故障激 励下的转子系统响应,基于仿真模拟的不同心激 励下的转子系统响应,仿真与实验是 否达到一致？,某型航空发动机含不同心故障的转子-联轴器-滚动轴承耦合动力学模型,转子不同心仿真计算,转子不同心控制标准,数值仿真,不同心度（弯曲度）的测量,故 障 模 型 修 正,否,是,转子弯曲测试与动画显示系统的研究,转子动力学模型,总体技术路线,南京航空
10、航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第四部分,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,研究内容及方案,研究的主要内容包括：,转子不同心振动机理分析建立转子不同心故障模型，将其与航空发动机整机振动模型结合，实 现转子不同心故障激励下的航空发动机整机振动仿真分析拟实施的途径：在现有转子弯曲故障研究的基础上，推导出转子不同心故障在 转子有限元模型中的激励方式。利用有限元梁模型建立转子、机匣振动模型、采用集总质量模型建立 离散支承振动模型，利用数值积分法实现动力学仿真计算。利用转子试验器进行建模方法验证。,第四部分,研究内容及方案,2）研
11、究一种转子不同心的测试方法,开发测试软件，测试得到转子空间弯曲轴线的三维数据，将其作为不 同心故障的激励源，同时对弯曲轴线实现三维可视化建模和显示。,提出利用电涡流 传感器进行转子不同心测试,利用VC编程，调用OPENGL图形函数库 实现弯曲转子的三维建模和显示,利用弯曲转子进行 方法验证,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第四部分,研究内容及方案,3）某型航空发动机高压转子不同心对整机振动影响分析及控制方法研究,针对某型双转子航空发动机整机振动模型，对其高压转子的不同心进 行仿真分析，研究截面不同心对航空发动机整机振动的影响规律，进 而得到高压转子不同
12、心度的控制方法和控制标准。,发动机整机结构简图,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第四部分,研究内容及方案,高压转子仿真分析,B,E,C,A,建立某型双转子航 空发动机整机振动 模型,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,对最为灵敏的转 子截面进行不同 心度控制，得到 合适的控制标准,D对多个截面的转子不同 心进行组合仿真，得到 对整机振动最为不利的 组合，并加以控制,对现有的控制标准 进行评价和改进。,研究各个截面的转子 不同心对整机振动的 灵敏度,第四部分,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2
13、019/7/7,研究内容及方案,已有的理论基础,针对某弯曲转子、初步实现了转子不同心测试研究；初步实现了转子有限元建模、进行了模态试验验证等工作。；具备一定的VC编程能力。,第四部分,研究内容及方案,已有的试验条件：,1）转子-滚动轴承试验器,NI USB-9234采集卡,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,SZGB-11型光电转速 传感器,电涡流传感器,TXY-II型同心度测量仪,第四部分,研究内容及方案,2）航空发动机转子-滚动轴承-机匣试验器,航空发动机转子实验器实物图,航空发动机转子试验器剖面图,航空发动机转子实验器仿真模型图,南京航空航天大学智能
14、诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,第四部分,研究内容及方案,3）航空发动机整机振动分析软件EVDYNA（部分界面）,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,汇 报 内 容,课题来源,研究背景及意义,研究内容及方案,研究计划及进度,1,2,3,4,5,6,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,国内外研究现状分析,预期研究成果,2016.9-2016.11,2016.7-2016.8,2016.5-2016.6,2016.1-2016.4,2017.1-2017.3,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,
15、http:/,2019/7/7,转子弯曲度测量及动,态显示系统开发,论文撰写、修改及答辩工作,第五部分,研究计划及进度,航空发动机转子不同心故,障的建模与模型验证,不同转速下转子弯曲响 应的验证,仿真得到转子不同,心的控制标准,汇 报 内 容,课题来源,研究背景及意义,研究内容及方案,研究计划及进度,1,2,3,4,5,6,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,国内外研究现状分析,预期研究成果,第六部分,预期研究成果,1、建立转子不同心故障模型，并实现动力学 仿真,2、实现转子不同心测试及弯曲轴线的三维在 线显示，同时开发相应软件,3、研究某型双转子航空发动机高压转子不同 心对整机振动的影响规律，评价目前控制标 准，并提出有效的振动控制措施,预期研究成果,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2019/7/7,南京航空航天大学智能诊断与专家系统研究室,http:/,2
