[發明專利]一種彈性環式擠壓油膜阻尼器的流固耦合計算模型

在審

• 申請號: 202110973425.0
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113935207A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 張學寧;胡文穎;張生光;陳霞
• 申請（專利權）人: 中國航空發動機研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 夏華棟;顧可嘉

發明公開了一種彈性環式擠壓油膜阻尼器的流固耦合計算模型，采用雷諾方程作為油膜的油膜控制微分方程，從而將油膜的三維流體力學模型簡化為二維模型，減小了ERSFD流固耦合模型的自由度數目，壓縮了計算規模，能夠顯著節省計算時間。并且采用梁的撓曲線微分方程描述彈性環的結構變形，把三維結構力學模型簡化為一維模型，且根據彈性環的工作狀態，設定彈性環段的邊界條件為簡支型，省去了凸臺?軸承座、凸臺?軸承外環之間的接觸迭代過程，為計算效率的進一步提高提供了基礎。

技術領域

本公開屬于彈性環式擠壓油膜阻尼器技術領域，具體涉及一種彈性環式擠壓油膜阻尼器的流固耦合計算模型。

背景技術

彈性環式擠壓油膜阻尼器(ERSFD)是通過彈性環和油膜的耦合作用實現減振作用的。其中，彈性環整體結構為短圓柱形環，在圓柱形環的內外表面加工有均勻分布的凸臺，在工程應用中彈性環的內表面和外表面的凸臺數目相等，而且內凸臺和外凸臺呈交錯分布的結構形式。ERSFD 的彈性環安裝在軸承座和軸承之間，由于凸臺和彈性環端部封嚴裝置的存在，彈性環的內、外環面上會形成多個分段油膜腔，供油裝置向油膜腔中提供一定壓力和流量的潤滑油，就構成了彈性環式擠壓油膜阻尼器。

工程應用表明，設計優良的ERSFD可以起到非常顯著的振動抑制效果，這方面做的比較好的是俄羅斯，ERSFD在俄羅斯的多型航空發動機中都有重要的應用。

當前，彈性環的結構力學模型構建主要依賴于有限元方法，油膜的流體力學模型構建主要依賴于流體力學理論中提出的各種流動模型，其中以k-ε模型為主。

正如上面描述的ERSFD的減振機制，ERSFD本身是通過油膜和彈性環的流固耦合作用產生阻尼效應的，到目前為止，對于ERSFD的流固耦合機制尚沒有完全認識清楚，制約了設計水平的提升。弄清ERSFD的流固耦合機制必然離不開ERSFD的力學模型。

發明內容

為了解決上述技術問題中的至少一個，本公開目的在于構建一種計算效率高、計算耗時短的彈性環式擠壓油膜阻尼器的流固耦合計算模型。

為了實現本公開目的，本公開所采用的技術方案如下：

一種彈性環式擠壓油膜阻尼器的流固耦合計算模型，包括:

忽略沿油膜徑向間隙方向壓力的變化，將流體域中流體的三維模型簡化為二維模型；采用雷諾方程建立流體域的油膜壓力和油膜厚度之間的油膜控制微分方程；

將固體域中彈性環每個環段的三維結構模型轉化為一維結構的梁模型，根據撓曲線微分方程建立彈性環段對應的彈性環變形控制方程；

根據周向邊界條件和軸向邊界條件確定油膜壓力的邊界條件方程；

根據油膜控制微分方程、彈性環變形控制方程和邊界條件方程形成計算模型。

可選地，油膜壓力和油膜厚度之間的油膜控制微分方程包括內油膜壓力與內油膜厚度之間的控制微分方程、外油膜壓力與外油膜厚度之間的控制微分方程；其中，

內油膜壓力與內油膜厚度之間的控制微分方程是：

式中，R_i表示中層內油膜的半徑，p_i(θ,z,t)表示內油膜壓力， h_i(θ,z,t)為內油膜厚度，r(θ,z,t)為彈性環的變形函數，Ω表示軸頸渦動的角速度，μ表示油的粘度，θ和z分別表示周向和軸向坐標，t表示時間；

外油膜壓力與外油膜厚度之間的控制微分方程是：

式中，p_e(θ,z,t)表示外油膜的壓力，h_e(θ,z,t)為外油膜的厚度，R_e表示中層外油膜的半徑。