CN115688306A - 一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法 - Google Patents

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CN115688306A CN202211256992.5A CN202211256992A CN115688306A CN 115688306 A CN115688306 A CN 115688306A CN 202211256992 A CN202211256992 A CN 202211256992A CN 115688306 A CN115688306 A CN 115688306A
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江志敏
程荣辉
贺进
石斌
庞燕龙
曾瑶
李明
高雄兵
刘天文
雷新亮
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Abstract

本发明提供了一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，弹性环式支点振动抑制装置包括同轴且由外向内的刚性外环、弹性环、轴承外环，包括：获取设计转速下的油膜力F；基于油膜力F计算油膜径向力Fr、油膜切向力Ft；依据公式Fr/Ft计算设计转速下的减振性能值Kc，与减振性能评估指标比较，对弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估。本发明设计的评估方法其可以在较早的方案阶段对弹性环支点振动抑制装置设计的减振效果开展有效评估，用于指导弹性环式支点振动抑制装置的设计。

Description

一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法
技术领域
本发明属于航空发动机设计领域，涉及转子系统振动抑制装置测试技术，具体为一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法。
背景技术
航空发动机设计过程中，随着高推重比和高可靠性的追求，使得发动机处于高负荷和高转速的工作环境，进而发动机的整机振动问题日益突出，目前为提高发动机的可靠性和耐久性，通常对转子系统施加振动抑制装置。例如：弹性环式支点振动抑制装置被用于航空发动机转子系统隔离外传振动，由于其结构参数复杂且仅在航空发动机上得到应用，目前对其设计多采用经验或试凑法，缺乏理论方法对此减振装置的减振效果进行量化表征，往往要在核心机甚至整机试验阶段通过外传振动测试结果才能发现其减振效果，严重影响航空发动机的研制周期。
发明内容
针对弹性环式支点振动抑制装置的减振效果缺乏评估方法的问题，本发明设计了一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其可以在较早的方案阶段对弹性环支点振动抑制装置设计的减振效果开展有效评估，用于指导弹性环支点振动抑制装置的设计。
实现发明目的的技术方案如下：一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，弹性环式支点振动抑制装置包括同轴且由外向内的刚性外环、弹性环、轴承外环，包括以下步骤：
获取设计转速下的油膜力F；
基于油膜力F计算油膜径向力Fr、油膜切向力Ft；
依据公式Fr/Ft计算设计转速下的减振性能值Kc，与减振性能评估指标比较，对弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估。
进一步的，设计转速下的油膜力F的获取方法，包括：
基于仿真模拟或试验件试验，获取设计转速下的弹性环式支点振动抑制装置的油膜压力P，油膜压力P为弹性环与刚性外环围成的外油膜的油膜压力；
依据油膜压力P、弹性环式支点振动抑制装置设计参数以及设计转速下的工作参数，计算油膜力F。
进一步的，设计转速下的工作参数包括油膜力矢量与刚性外环中心和轴承外环中心连线的弧度θ、刚性外环内孔面上承受油膜压力的面积s、设计转速下轴承外环相对于工作前的偏移距离d；
弹性环式支点振动抑制装置设计参数包括弹性环式支点振动抑制装置的轴向长度l、刚性外环的内孔半径R；
油膜力F的计算公式为：
F(θ)＝P(θ)×d(s)，d(s)＝l·R·d(θ)。
进一步的，油膜径向力Fr的计算公式为：
Figure BDA0003889453370000021
油膜切向力Ft的计算公式为：
Figure BDA0003889453370000031
进一步的，减振性能评估指标的范围为0～1。
更进一步的，弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估结果，包括：
当Kc大于零且小于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能达标；
当Kc大于等于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能不达标，对弹性环式支点振动抑制装置进行优化。
优选的，弹性环式支点振动抑制装置优化方法，包括：
调整弹性环上内凸台的凸台高度或凸台数量；
或调整弹性环上外凸台的凸台高度或凸台数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，将油膜阻尼与油膜刚度进行联系起来，采用两者作用占比(油膜阻尼可以通过Ft/(d×Ω)，油膜刚度可以通过Fr/d，Ω为设计转速，d为偏移距离获得)的大小进行物理表征，对弹性环式支点振动抑制装置的设计效果进行评估。其适用于转子支承方案设计阶段，结合油膜压力仿真技术和试验件试验，获取各种工作参数用来评估，能有效缩短研发周期，降低验证经费投入。
经试验验证，使用本发明方法指导设计的弹性环式支点振动抑制装置，高转速小推力发动机在不进行高速动平衡和本机动平衡的情况下，机匣振动加速度基频均方根值
Figure BDA0003889453370000032
(速度均方根值
Figure BDA0003889453370000033
)；且大中型推力发动机最大外传振动不超过3g，核心机外传振动不超过2g。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为具体实施方式中弹性环式支点振动抑制装置的结构示意图；
图2为本发明弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法的流程图；
图3为具体实施方式中弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法的原理框图；
图4为具体实施方式中设计转速下弹性环式支点振动抑制装置的示意图；
其中，1.刚性外环；2.弹性环；3.轴承外环；4.外油膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本具体实施方式提供了一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，参见图1所示，弹性环式支点振动抑制装置包括同轴且由外向内的刚性外环1、弹性环2、轴承外环3。
弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，参见图2和图3所示，包括以下步骤：
S1、获取设计转速下的油膜力F；
s2、基于油膜力F计算油膜径向力Fr、油膜切向力Ft；
s3、依据公式Fr/Ft计算设计转速下的减振性能值Kc，与减振性能评估指标比较，对弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估。
在一个实施例中，步骤S1中，设计转速下的油膜力F的获取方法，包括：
S101、基于仿真模拟或试验件试验，获取设计转速下的弹性环式支点振动抑制装置的油膜压力P，油膜压力P为弹性环与刚性外环围成的外油膜4的油膜压力；
S102、依据油膜压力P、弹性环式支点振动抑制装置设计参数以及设计转速下的工作参数，计算油膜力F。
参见图4所示，设计转速下的工作参数包括油膜力矢量与刚性外环中心和轴承外环中心连线的弧度θ、刚性外环内孔面上承受油膜压力的面积s、设计转速下轴承外环相对于工作前的偏移距离d；
参见图4所示，弹性环式支点振动抑制装置设计参数包括弹性环式支点振动抑制装置的轴向长度l、刚性外环的内孔半径R；
S103、油膜力F的计算公式为：
F(θ)＝P(θ)×d(s)，d(s)＝l·R·d(θ)。
在一个实施例中，步骤s2中，采用油膜力F计算油膜径向力Fr、油膜切向力Ft的方法为：
其中，油膜径向力Fr的计算公式为：
Figure BDA0003889453370000062
其中，油膜切向力Ft的计算公式为：
Figure BDA0003889453370000061
在一个实施例中，步骤S4中，减振性能评估指标的范围为0～1。
且通过上述步骤计算设计转速下减振性能值Kc，将其与减振性能评估指标范围为0～1进行比较，得到达标的评估结果或不达标的评估结果。
具体的，当Kc大于零且小于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能达标；
当Kc大于等于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能不达标，对弹性环式支点振动抑制装置进行优化。
在一个可选的实施例中，弹性环式支点振动抑制装置优化方法，包括：调整弹性环上内凸台的凸台高度或凸台数量，或调整弹性环上外凸台的凸台高度或凸台数量，也可以采用其他能够调整Kc的方法进行调整。在本具体实施方式中，当使用多种方案优化后，选择优化方案中Kc值在0～1范围内，且Kc值最小的方法作为弹性环式支点振动抑制装置的最优方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，弹性环式支点振动抑制装置包括同轴且由外向内的刚性外环、弹性环、轴承外环，其特征在于，包括以下步骤：
获取设计转速下的油膜力F；
基于油膜力F计算油膜径向力Fr、油膜切向力Ft；
依据公式Fr/Ft计算设计转速下的减振性能值Kc，与减振性能评估指标比较，对弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估。
2.根据权利要求1所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：设计转速下的油膜力F的获取方法，包括：
基于仿真模拟或试验件试验，获取设计转速下的弹性环式支点振动抑制装置的油膜压力P，油膜压力P为弹性环与刚性外环围成的外油膜的油膜压力；
依据油膜压力P、弹性环式支点振动抑制装置设计参数以及设计转速下的工作参数，计算油膜力F。
3.根据权利要求2所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：设计转速下的工作参数包括油膜力矢量与刚性外环中心和轴承外环中心连线的弧度θ、刚性外环内孔面上承受油膜压力的面积s、设计转速下轴承外环相对于工作前的偏移距离d；
弹性环式支点振动抑制装置设计参数包括弹性环式支点振动抑制装置的轴向长度l、刚性外环的内孔半径R；
油膜力F的计算公式为：
F(θ)＝P(θ)×d(s)，d(s)＝l·R·d(θ)。
4.根据权利要求3所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：油膜径向力Fr的计算公式为：
Figure FDA0003889453360000021
油膜切向力Fr的计算公式为：
Figure FDA0003889453360000022
5.根据权利要求1～4任一项所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：减振性能评估指标的范围为0～1。
6.根据权利要求5所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：弹性环式支点振动抑制装置在设计转速下的减振性能进行评估结果，包括：
当Kc大于零且小于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能达标：
当Kc大于等于1，则设定转速下弹性环式支点振动抑制装置的减振性能不达标，对弹性环式支点振动抑制装置进行优化。
7.根据权利要求6所述的弹性环式支点振动抑制装置的减振性能评估方法，其特征在于：弹性环式支点振动抑制装置优化方法，包括：
调整弹性环上内凸台的凸台高度或凸台数量；
或调整弹性环上外凸台的凸台高度或凸台数量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116127654A (zh) * 2023-04-17 2023-05-16 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种带弹性环式挤压油膜阻尼器模拟试验器的设计方法

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