[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于航空發(fā)動機的主控式彈支干摩擦阻尼器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011197962.2
• 申請日: 2020-10-31
• 公開（公告）號: CN112303183B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王四季;廖明夫;寧培杰;陳自豪
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F16F15/129
• 分類號: F16F15/129
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

本發(fā)明一種應(yīng)用于航空發(fā)動機的主控式彈支干摩擦阻尼器，屬于航空發(fā)動機領(lǐng)域；包括彈性支承、動摩擦片、靜摩擦片、壓電陶瓷作動器、傳力機匣、預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺栓、阻尼器安裝筒、靜摩擦片固定環(huán)、靜摩擦片彈片、靜摩擦片彈片固定環(huán)、軸承內(nèi)襯套鎖緊螺母、軸承內(nèi)襯套、軸承外環(huán)鎖緊螺母和軸承；所述彈性支承依次通過軸承內(nèi)襯套和軸承同軸安裝于轉(zhuǎn)軸上，阻尼器單元體通過傳力機匣與所述彈性支承的法蘭盤同軸固定連接；阻尼器單元體內(nèi)引入靜摩擦片彈片后，能顯著提高徑向剛度，并保證動、靜摩擦片之間的平行度。在運用了彈片的阻尼器的減振實驗中，在結(jié)構(gòu)緊湊的前提下使振動峰值減小了76.4％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于航空發(fā)動機的主控式彈支干摩擦阻尼器。

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)減振是解決航空發(fā)動機振動問題的關(guān)鍵。隨著推重比的提高發(fā)動機在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在若干階模態(tài)，運行過程中，轉(zhuǎn)子頻繁穿越臨界轉(zhuǎn)速，使用常規(guī)被動式減振機構(gòu)難以保證每個模態(tài)下均獲得最佳的減振效果。需要阻尼器能夠主動地跟蹤轉(zhuǎn)子的運行狀態(tài)，自適應(yīng)地改變參數(shù)，使得工作范圍內(nèi)多階模態(tài)下的振動均得到最有效的控制。因此，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動主動控制是高推重比發(fā)動機研制的基礎(chǔ)，意義重大。

根據(jù)航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)和工況特點，西北工業(yè)大學(xué)原創(chuàng)性地提出了可望用于發(fā)動機轉(zhuǎn)子振動主動控制的彈支干摩擦阻尼器。二十年來，西北工業(yè)大學(xué)持續(xù)開展了這一研究工作，建立了彈支干摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)模型和力學(xué)模型，分析了帶干摩擦阻尼器轉(zhuǎn)子的運動，探索了彈支干摩擦阻尼器的阻尼效果和鎮(zhèn)定機理，得到了干摩擦阻尼器的鎮(zhèn)定邊界。從摩擦副的運動特征出發(fā)，提出了適用于分析彈支干摩擦阻尼器摩擦副二維相對運動的小球/底盤摩擦模型，建立了帶有阻尼器的單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動控制模型，進一步開展了阻尼器與單轉(zhuǎn)子的動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計研究，初步建立了主控式彈支干摩擦阻尼器與單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動控制優(yōu)化設(shè)計方法；

先是采用彈簧作為執(zhí)行機構(gòu)的被動式作動器，范天宇在2005年發(fā)表在機械科學(xué)與技術(shù)期刊的《彈性支承干摩擦阻尼器減振實驗研究》中進行了初步的理論分析與實驗研究。針對彈支干摩擦阻尼器主動控制和結(jié)構(gòu)減重的需要，CN200710017593.2專利中設(shè)計了以電磁鐵作為作動器的主動式彈支干摩擦阻尼器，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子振動狀態(tài)進行主動阻尼力的調(diào)節(jié)，實施最優(yōu)控制，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，無法實時測定動、靜摩擦片的正壓力。為了解決這些問題，以壓電陶瓷作為作動器的一種智能結(jié)構(gòu)彈支干摩擦阻尼器專利CN201510873150.8被設(shè)計出來，引入了體積更小的壓電陶瓷作動器、調(diào)節(jié)螺栓、智能結(jié)構(gòu)和彈支應(yīng)變信號，減小了阻尼器的體積，優(yōu)化了主動控制的反饋速度和反饋信號。

在此基礎(chǔ)上，進行了彈支干摩擦阻尼器主動控制轉(zhuǎn)子振動的控制方法和策略研究，并開展了控制轉(zhuǎn)子突加不平衡和機動飛行的初步驗證。初步的研究表明，彈支干摩擦阻尼器具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減振效果明顯、工作范圍較寬、且較易于主動控制等潛在特點，將為發(fā)動機轉(zhuǎn)子振動主動控制提供有效的技術(shù)手段。彈支干摩擦阻尼器在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子主動減振領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽?yīng)用前景。

但在上述兩個專利中的彈支干摩擦阻尼器裝置，存在以下不足：

1.靜摩擦片安裝徑向存在間隙，徑向剛度較小且無法精準設(shè)計。容易造成動、靜摩擦片之間接觸平行度差，影響阻尼效果。而且，當(dāng)動摩擦片的振幅，即轉(zhuǎn)子支點處的振動小于此間隙時，靜摩擦片在間隙內(nèi)自由運動，摩擦片間沒有相對運動，不產(chǎn)生阻尼，因此無法達到減振的效果。

2.動、靜摩擦片之間的摩擦碎屑無法排出。主要影響阻尼器的持續(xù)工作效果，摩擦碎屑在動、靜摩擦片之間的積累會減弱動摩擦力的大小，影響阻尼器的效果，也不利于長期的使用。

3.潤滑油容易進入阻尼器內(nèi)。若滑油進入動、靜摩擦片間，必然會影響摩擦片之間的摩擦力，不利于減振，再者，磨屑可能會污染滑油，對軸承造成損傷。

實際上，上述三個主要問題一直是制約彈支干摩擦阻尼器應(yīng)用于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子主動減振的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題：