高进口预旋条件下迷宫密封转子动力特性实验研究

为获得高进口预旋条件下迷宫密封转子动力特性,阐明其气流激振失稳机制,本文基于西安交通大学动密封转子动力特性实验台,实验研究了高进口预旋条件下（预旋比μ₀>0.8）,压比以及转速对迷宫密封转子动力特性影响规律。实验测量了2种压比（π=3.0,4.0）、3种转速（n=3 000,6 000,12 000 r/min）下迷宫密封频率相关的转子动力特性系数。研究发现：高预旋条件下,迷宫密封交叉刚度始终为较大的正值,导致有效阻尼始终为负值,不利于转子系统稳定,容易诱发转子失稳;压比对迷宫密封转子动力特性影响显著,随压比增加,迷宫密封直接刚度幅值显著增大,交叉刚度始终为正值且幅值显著增大,有效阻尼明显降低;转速对迷宫密封转子动力特性影响较小,直接刚度、直接阻尼对转速变化不敏感,基本保持不变,交叉刚度随转速增加略微增加,进而导致有效阻尼略微减小。     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳.以转子-机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子-机匣系统的碰磨模型和动力学方程.利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh-Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响.理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多.具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础.     

进口防旋板对孔型密封非定常气流激振特性的影响

为了展示透平机械密封系统设计中进口防旋板在改善密封转子动力特性和增强转子系统稳定性的止旋方面的性能,采用基于转子多频椭圆轨迹涡动模型和动网格技术的非定常数值方法,研究了进口防旋板对孔型密封非定常气流激振力和转子动力特性系数的影响,计算分析了进口预旋比分别为0和0.6时2种进口防旋板结构的孔型密封转子动力特性系数、非定常气流激振力和流场特性,并与实验结果进行了对比。研究表明:非定常数值方法能够准确预测与频率相关的孔型密封转子动力特性系数;进口预旋可显著减小孔型密封的有效阻尼、增大有效阻尼项的穿越频率,易诱发转子涡动失稳;进口防旋板能够有效减小孔型密封的进口旋流速度、孔型密封的交叉刚度和有效阻尼穿越频率,增大孔型密封的有效刚度和有效阻尼,进而提高转子系统的稳定性。     

磁悬浮人工心脏泵转子控制策略研究

人工心脏泵磁悬浮转子起浮及处于平衡位置时的运动过程分析决定了其应采取的控制策略．依据转子起浮过程功率电源电流可采用电流对称、非对称控制,电流分段非对称、对称控制4种控制策略．以控制效率论分段非对称控制最为合理,转子在平衡位置的稳定性及抗干扰能力体现了转子的刚度及阻尼特性,位移分级控制策略兼顾了二者.     

高偏心率下旋转密封泄漏特性和静态动力特性研究

为了评估转子发生偏心时非同心旋转密封对透平机械运行效率和安全稳定性的影响,提出了基于动网格技术和三维RANS方程的高偏心率旋转密封三维计算网格的生成方法,以及高偏心率旋转密封静态气流激振力和静态刚度系数的数值计算方法,研究了高偏心率下旋转密封的泄漏特性和静态动力特性。采用文中所提方法计算分析了3种压比(0.17,0.35,0.50)、2种进口预旋比(0,0.5)和7种偏心率(0.0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.8,0.9)下的袋型阻尼密封泄漏量、静态气流激振力、静态刚度系数和流场特性。研究结果表明:旋转密封的泄漏量随偏心率的增大而增大;转子偏心和进口预旋产生了显著的正交叉刚度,易诱发转子发生偏心涡动而失稳;非阻塞工况下,旋转密封具有正的静态直接刚度;阻塞工况下,旋转密封的静态直接刚度存在穿越偏心率为0.5,静态直接刚度随偏心率的增大而增大,其值在穿越偏心率处由负值变为正值,以避免产生密封碰磨失效。     

用形状记忆合金对转子振动进行变结构主动控制

运用现代控制理论中的最优控制方法，引入时变控制和输出反馈控制，研究利用形状记忆合金对转子振动进行变结构变动控制，特别是抑制转子振动的瞬态响应的方法，得出了最优控制力和控制电流的强度变化规律；通过分析形状记忆合金动作器的结构，探讨了变刚度支承对系统总体刚度的影响，指出了传统设计方法的不足之处，特别是由压杆稳定性不足引起的失稳现象，并提出了改进的方法和在设计中值得注意的问题。     

基于磁流变材料的汽车悬架半主动控制

结合磁流变液和磁流变弹性体的特性,提出了一种能同时调节刚度和阻尼的汽车半主动悬架系统及其控制策略。首先设计该悬架的大体结构并说明其工作原理,然后建立半主动悬架的控制模型,最后基于李亚普洛夫稳定性理论设计该悬架的半主动控制策略。仿真结果表明,所设计的半主动控制算法可以有效地抑制车身振动,且悬架动挠度保持在一定的范围内。此外,该策略实现了系统与参考模型的速度差和位移差同时为零的突破。     

防旋板结构的迷宫密封转子动力特性研究

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常RANS方程,研究了高低两种预旋比下具有防旋板结构的迷宫密封气流激振转子动力特性。分析对比了在预旋比分别为0.13和1.32时无防旋板结构迷宫密封(Design 1)、带进口防旋板结构迷宫密封(Design 2)、在Design 2的基础上增加二级防旋板迷宫密封(Design 3)的平均周向速度、泄漏量、转子动力特性系数。数值模拟得到的Design 1的泄漏量和转子动力特性系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的准确性。研究表明：高预旋比会导致Design 1的直接刚度和有效阻尼降低,并使直接阻尼与交叉刚度增加;预旋比为1.32时Design 2相对于Design 1能明显降低交叉刚度,且降幅达到63.3%～86.3%,Design 3相对于Design 2的交叉刚度降低了12.9%～39.4%;预旋比0.13时Design 2的交叉刚度小于0,Design 3的交叉刚度绝对值相对于Design 2增加了24.4%～153.0%;Design 2相对于Design 1在预旋比为1.32时有效阻尼项穿越频率从175.1 Hz降低到28.3...     

基于参考模型的主动悬架反演控制设计

为减小车身垂直加速度以及轮胎变形量,从而提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性,采用一种基于参考模型的反演控制设计方法,对汽车悬架进行主动减振控制研究。建立了1/4车辆二自由度主动悬架试验台架的动力学模型,并基于天棚-地棚阻尼控制方法建立了一种理想的被动控制悬架系统模型,将其作为后续反演控制设计的参考模型;将路面激励下理想的被动控制悬架系统的输出作为参考信号,基于李雅普诺夫理论设计一种模型参考反演控制算法,并将其应用于实际悬架系统的主动减振控制,以此实现对理想被动悬架系统减振性能的逼近;选取一种典型的路面激励形式,对所提出的主动减振控制方法进行仿真研究。仿真结果表明,基于参考模型的反演控制策略能有效抑制车身垂直运动,减小车身垂直加速度,同时在一定程度上减小了轮胎变形量,改善了汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性。     

主动变刚度·阻尼系统的滑动模态控制

采用滑动模态控制理论设计主动变刚度·阻尼系统的开关控制律 ,并在此基础上提出一种旨在减少开关切换次数的界限开关控制律 ,并进行了计算机仿真分析     

多盘柔性转子系统的磁轴承刚度和阻尼设计

转子振动主动控制的本质就是通过主动控制力给系统引入附加的刚度及阻尼,以达到减少系统的不平衡响应,使系统稳定的目的。而磁悬浮轴承则是施加这种主动力的理想设备。文章讨论了磁力轴承的附加刚度和阻尼的设计。     

多层弹性支承箔片动压气体径向轴承稳定性的实验研究

为了保证轴承支承高速转子的稳定运行,提出了一种具有多层弹性支承结构的新型箔片动压气体轴承。该轴承采用两层或多层具有鼓泡状凸起阵列的金属箔片作为弹性支承结构,通过调整鼓泡阵列的周向和轴向截距或调整上下层弹性箔片布置,可以实现轴承支承刚度特性和阻尼特性的调节。在直径为25mm主轴的高速(10万r/min)透平膨胀机上,实验研究了这种箔片轴承支承高速转子的运转特性,详细分析了3种典型排列方式下转速与压力的关系,以及高速转子升速及降速特性。结果表明:采用不同的多层结构排列方式,可以有效调整和改善弹性箔片轴承支承高速透平转子的刚度和阻尼特性,抑制高速转子的不稳定涡动;多层弹性箔片轴承能够产生多重刚度及多重阻尼,从而改进了传统箔片轴承刚度和阻尼的影响,改善了弹性箔片动压气体轴承的稳定性和可靠性。     

基于坐标变换的无轴承异步电机转子振动前馈补偿控制

为解决无轴承异步电机在高速运行时由机械不平衡引起的转子质量偏心问题,设计一种基于坐标变换的转子振动前馈补偿控制系统。该系统利用旋转坐标变换从位移信号中提取出振动信号,加在原有的径向悬浮力控制系统中,构成1个前馈补偿器,使得控制器给定径向悬浮力信号中同期成分控制力增大,并加大径向悬浮力控制系统对振动信号的刚度,从而强迫转子围绕其几何中心轴旋转,实现转子的振动抑制。研究结果表明:当转速为6 000 r/min时,仿真补偿后转子振动峰-峰值约为11μm,表明该补偿控制策略能很好地抑制悬浮转子的振动,提高转子旋转精度。该前馈补偿控制方法能够将转子径向位移峰-峰值范围控制在40μm以内,验证了所提方法的正确性与有效性。     

弹性支承滑动轴承系统的稳定性理论研究（Ⅱ）———上稳定区存在性的证明与讨论

研究了弹性支承滑动轴承系统的油膜稳定性理论。用线性方法分析了该系统的油膜稳定性，确定了第一和第二稳定性界限以及稳定区，讨论了改善稳定性的方法和具体措施。分析结果证实弹性支承滑动轴承系统上稳定区以及第二失稳区的存在，并得出结论：采用较低的无量纲综合系数和适当的无量纲支承阻尼系数和／或较大的无量纲转子外阻尼系数可以扩大上稳定区的宽度；让转子越过失稳区在上稳定区工作是一种解决油膜失稳的新方法。最后，通过一个应用实例说明了该新方法的有效性     

电磁轴承控制系统参数与刚度、阻尼的关系

针对轴承－转子－控制器组成的主动型电磁轴承系统，分析了其控制系统的稳定性，提出了具有实际意义的三种刚度及阻尼定义．计算机辅助分析提供了分析电磁轴承系统动态性能及复刚度的理论依据．所得结果均和一个五自由度控制磁悬浮轴承系统的实验结果相一致．     

双层高阻尼隔振器动力学特性研究

提出一种由正负刚度元件组成的双层高阻尼隔振器,并建立其系统动力学模型.分别采用拉氏变换给出其频响特性和力传递率,利用四阶龙格-库塔法得到其时域响应.通过与单层/双层参考线性隔振器和单层高阻尼隔振器的动力学特性对比,双层高阻尼隔振器可以在中低频段较宽范围内实现振动响应的有效控制,且对多频激励的控制效果最优.文中重点关注了高阻尼隔振器设计参数刚度比α和安全系数ε对其响应特性的影响.计算结果表明:参数选择合适,可实现高阻尼隔振器无谐振峰的振动控制效果.      

磁流变液对转子系统的影响规律实验研究

针对磁流变阻尼器能够通过变刚度和变阻尼实现半主动控制,搭建单跨转子实验台,将磁流变阻尼器作为辅助装置安装于转子跨内,通过实验研究阻尼器内磁流变液对转子系统的影响规律。结果表明,阻尼器通电状况下,使用的磁流变液质量比较小,即铁粉占比较大时,阻尼器可等效为刚性支撑,为转子提供刚度,并改变其临界转速;阻尼器使用的磁流变液质量比增大到一定程度时,阻尼器为转子提供阻尼,能有效抑制转子振动;质量比继续增大,则振动降幅随之减小;磁流变液所用硅油黏度增大时,阻尼器对转子系统振动的抑制作用增强。     

可控磁悬浮轴承刚度与阻尼特性研究

可控磁悬浮轴承的刚度与阻尼特性主要取决于系统的电器控制环节,可根据实际需要设计,以满足不同的应用要求,但如何设计和调整则是一个实际问题。因此,从刚度和阻尼的角度研究了基于独立式控制原则并采用ＰＩＤ校正方法的磁轴承—转子系统。结果表明,由调节器中比例和微分环节决定磁轴承的刚度、阻尼的同时,其它滤波环节的引入改变了轴承刚度、阻尼在低频和高频段内的频率特性,在共振区域,刚度和阻尼仍保持原设计值。因此,通过电控系统的设计得到不同的转子动态特性,并且兼顾稳定性和高性能是完全可行的。同时,还可以得到一种简便的ＰＩＤ参数设计方法。     

采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略

针对重型救援车辆在复杂路况行驶时存在的行驶平顺性差及操纵不稳定等问题,提出了采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略。识别方法以不同等级路面激励引起的相对路面粗糙度为依据,通过建立T-S型模糊控制规则实现路面等级识别;控制策略根据识别的路面等级、非簧载质量、簧载质量、悬架刚度、悬架阻尼和轮胎刚度,设计最优H∞控制器参数矩阵,计算主动悬架作动力,实现主动悬架在不同等级路面行驶时的自适应控制。试验结果表明:采用路面识别方法的主动悬架控制系统能够通过调节鲁棒控制器参数矩阵,自适应地控制悬架刚度和阻尼,提高了不同路面行驶条件下的平顺性与操纵稳定性;在不同等级路面情况下与被动悬架相比,簧载质量加速度均方根值减小了20%以上,且在4～8Hz频段内,簧载质量加速度幅值均小于被动悬架。     

倒置式轴承动特性试验台建模及参数识别精度

针对滑动轴承倒置式试验台,建立了轴承转子动力学模型和动特性系数测试的频域模型,提出了基于正反动力学仿真的动特性系数识别的精度评估方法,重点分析了测试误差和激振频率对动特性系数识别精度的影响.结果表明:刚度阻尼系数的识别误差与幅值误差的大小基本成正比;相位误差对主刚度和交叉阻尼影响很小,对交叉刚度和主阻尼影响较大;当同时存在幅值和相位误差时,对动特性系数识别精度的影响为两种误差单独影响效果的叠加.当采用单频激振法测试轴承动特性时,宜在低频和共振频率附近分别进行两次测试.低频范围内主刚度和交叉阻尼识别数据较为可信,而在共振频率附近主阻尼识别误差小;交叉刚度对相位误差敏感,只有当相位误差很小时识别结果才较为可信.