《航空涡喷、涡扇发动机 结构设计准则 研究报告 第6册 转子系统》求取 ⇩

第1章绪论1

1.1 引言1

1.2 内容简介2

第2章载荷与载荷谱3

2.1 引言3

2.2 发动机转速3

2.3 扭矩5

2.4 不平衡力6

2.5 陀螺力矩7

2.6 轴向载荷8

2.7 离心载荷和径向载荷9

2.8 转子温度场10

2.9 振动载荷11

2.10 发动机工作包线11

2.11 机动飞行包线13

2.12 喘振载荷15

2.13 设计使用寿命和设计用法16

2.14 设计任务循环17

第3章典型结构和新结构22

3.1 引言22

3.2转子结构22

3.2.1 转子的基本结构形式22

3.2.2 转子的连接结构24

3.3转子支承方案28

3.3.1 单转子支承方案28

3.3.2 多转子支承方案31

3.4转子支承结构39

3.4.1 挤压油膜39

3.4.2 弹性支座44

3.4.3 带挤压油膜的弹性支座50

3.4.4 滚珠轴承与滚棒轴承并列作为1个支点50

3.4.5 防止轴承滑蹭损坏的措施51

3.5压气机、涡轮转子间的联轴器54

3.5.1 刚性联轴器54

3.5.2 柔性联轴器55

参考文献60

第4章典型故障模式和影响分析61

4.1引言61

4.1.1 航空燃气涡轮发动机结构和工作特点61

4.1.2 航空燃气涡轮发动机发展上的变化和要求61

4.1.3 发动机故障类型62

4.1.4 排故方法分析62

4.2转子不平衡引起的振动过大63

4.2.1 现象和特征63

4.2.2 原因分析64

4.2.3 影响分析65

4.2.4 排故方法65

4.3转子的碰摩66

4.3.1 现象和特征66

4.3.2 原因分析71

4.3.3 影响分析72

4.3.4 排故方法73

4.4转子热弯曲73

4.4.1 现象和特征73

4.4.2 原因分析74

4.4.3 影响分析75

4.4.4 排故方法75

4.5转子突加不平衡76

4.5.1 现象和特征76

4.5.2 原因分析78

4.5.3 影响分析78

4.5.4 排故方法78

4.6转子裂纹故障80

4.6.1 现象和特征80

4.6.2 原因分析81

4.6.3 影响分析81

4.6.4 排故方法82

4.7转子两向刚性异性引起的故障83

4.7.1 现象和特征83

4.7.2 原因分析83

4.7.3 影响分析83

4.7.4 排故方法84

4.8转子失稳84

4.8.1 现象和特征84

4.8.2 原因分析84

4.8.3 影响分析87

4.8.4 防止转子失稳的方法88

4.9篦齿封严装置裂断88

4.9.1 现象和特征88

4.9.2 原因分析89

4.9.3 影响分析89

4.9.4 排故方法89

4.10转子支承不同心故障90

4.10.1 现象和特征90

4.10.2 原因分析90

4.10.3 影响分析90

4.10.4 排故方法90

4.11转子支承结构间隙、松动故障90

4.11.1 现象和特征91

4.11.2 原因分析92

4.11.3 影响分析92

4.11.4 排故方法92

4.12弹性支承故障92

4.12.1 现象和特征92

4.12.2 原因分析93

4.12.3 影响分析93

4.12.4 排故措施93

4.13油膜阻尼器故障94

4.13.1 故障现象94

4.13.2 原因分析94

4.13.3 影响分析94

4.13.4 排故措施94

4.14主轴断裂故障95

4.14.1 故障现象95

4.14.2 原因分析95

4.14.3 影响分析97

4.14.4 排故措施97

4.15旋转套筒屈曲故障98

4.15.1 故障现象99

4.15.2 原因分析100

4.15.3 影响分析101

4.15.4 排故措施101

4.16 转子振动和强度故障一览表101

参考文献105

第5章设计准则106

5.1 引言106

5.2允许的临界转速107

5.2.1 准则说明107

5.2.2 准则实施112

5.3允许的转子弯曲应变能114

5.3.1 准则说明114

5.3.2 准则实施116

5.4转、静子问的间隙控制117

5.4.1 准则说明117

5.4.2 准则实施123

5.5允许的支承结构载荷131

5.5.1 准则说明131

5.5.2 准则实施132

5.6转子稳定性储备134

5.6.1 准则说明134

5.7防止转动薄壁件共振136

5.7.1 准则说明136

5.7.2 准则实施140

5.8 防止气动弹性自激振动143

5.8.1 准则说明143

5.9防止转动薄壁件外压屈曲145

5.9.1 准则说明145

5.9.2 准则实施146

5.10防止屈服147

5.10.1 准则说明147

5.10.2 准则的实施148

5.10.3 花键设计准则155

5.11防止屈曲156

5.11.1 准则说明156

5.11.2 准则的实施157

5.12足够的高频疲劳寿命159

5.12.1 准则说明159

5.12.2 准则实施159

5.13足够的低循环疲劳寿命161

5.13.1 准则说明161

5.13.2 准则实施161

5.14叶片飞出后轴应有足够的强度和变形限制162

5.14.1 准则说明162

5.14.2 准则实施162

参考文献164

第6章设计方法166

6.1 引言166

6.2支承动、静刚度计算166

6.2.1 支承静刚度计算166

6.2.2 支承动刚度计算169

6.3 滚动轴承刚度计算170

6.4挤压油膜阻尼器173

6.4.1 结构和尺寸的选取173

6.4.2 阻尼器的油膜力174

6.4.3 带挤压油膜阻尼器转子的稳态和瞬态特性174

6.5特殊单元转子动力学模型175

6.5.1 花键、套齿175

6.5.2 销钉、螺栓连接175

6.5.3 碰摩非线性单元建模问题177

6.5.4 Alford力的考虑178

6.6临界转速和应变能分析179

6.6.1 计算模型179

6.6.2 临界转速计算方法181

6.6.3 应变能计算189

6.7稳态不平衡响应191

6.7.1 坐标变换191

6.7.2 复数单元传递矩阵191

6.7.3 不平衡响应计算193

6.8转子动力学特性优化195

6.8.1 临界转速195

6.8.2 振动不敏感转子设计198

6.9瞬态响应201

6.9.1 瞬态响应研究内容201

6.9.2 瞬态响应分析方法201

6.10转子热弯曲响应204

6.10.1 转子的温度场和热弯曲204

6.10.2 转子热弯曲响应204

6.10.3 热弯曲转子动力特性计算方法205

6.11有限元子结构模态综合法207

6.11.1 转子子结构有限元分析207

6.11.2 机匣子结构有限元分析208

6.11.3 转子—支承—机匣系统模态综合法208

6.12转动薄壁件的振动212

6.12.1 圆柱薄壳固有频率计算公式212

6.12.2 转动的任意轴对称壳体的振动计算213

6.13转动薄壁轴屈曲临界载荷222

6.13.1 不转动的圆柱壳屈曲失稳临界载荷计算公式222

6.13.2 转动的任意轴对称壳的屈曲失稳223

6.13.3 算例224

6.14轴的变形分析225

6.14.1 常规方法225

6.14.2 传递矩阵法226

6.14.3 有限元法226

6.15轴系的应力分析227

6.15.1 常规计算方法227

6.15.2 主轴的弹性和弹塑性有限元法分析234

6.15.3 花键设计方法235

6.16疲劳寿命预测240

6.16.1 高循环疲劳（HCF）241

6.16.2 低循环疲劳（LCF）246

6.17蠕变分析251

6.17.1 蠕变计算方法252

6.17.2 蠕变损伤与破裂255

6.17.3 蠕变屈曲258

参考文献261

第7章材料与关键工艺263

7.1 引言263

7.2主轴材料的选择264

7.2.1 载荷分析264

7.2.2 工作环境分析264

7.2.3 主轴的结构特点分析264

7.2.4 主轴材料的选择264

7.3主轴用材料265

7.3.1 常用的主轴材料265

7.3.2 复合材料266

7.4主轴材料特性要求269

7.4.1 物理性能269

7.4.2 力学性能269

7.7.3 环境（化学）性能270

7.4.4 工艺性能270

7.5加工工艺对主轴材料的影响270

7.5.1 锻造271

7.5.2 热处理272

7.5.3 连接工艺272

7.5.4 机械加工工艺272

7.5.5 主轴制造工艺过程的质量检验273

7.6 弹性支承座材料与工艺274

7.7材料数据库检验清单274

7.7.1 探索研究275

7.7.2 先期发展275

7.7.3 工程研制276

7.8涡轮轴质量验收标准实例276

7.8.1 Incoloy901材料的低压涡轮轴质量验收标准276

7.8.2 斯贝发动机高压涡轮轴质量验证验收标准278

7.8.3 高压涡轮轴解剖锻件的力学性能检查（项目、试件位置选取、数量）280

7.8.4 典型主轴锻件流线图281

参考文献283

第8章试验验证284

8.1 引言284

8.2转子支承柔度试验285

8.2.1 目的285

8.2.2 内容285

8.2.3 方法285

8.3转子系统中连接部位柔度试验287

8.3.1 目的287

8.3.2 内容287

8.3.3 方法287

8.4弹性支承试验287

8.4.1 目的287

8.4.2 内容287

8.4.3 方法288

8.5挤压油膜阻尼器试验290

8.5.1 目的290

8.5.2 内容290

8.5.3 方法291

8.6转子动力特性试验292

8.6.1 目的292

8.6.2 内容293

8.6.3 方法293

8.7部件和整机模态试验297

8.7.1 目的297

8.7.2 内容297

8.7.3 方法297

8.8台架整机动力特性试验298

8.8.1 目的298

8.8.2 内容2298

8.8.3 方法298

8.9整机测振点特性比较试验300

8.9.1 目的300

8.9.2 内容300

8.9.3 方法300

8.10密封装置振动试验301

8.10.1 目的301

8.10.2 内容301

8.10.3 方法301

8.11薄壁轴振动试验302

8.11.1 目的302

8.11.2 内容302

8.11.3 方法303

8.12主轴应力分布试验303

8.12.1 目的303

8.12.2 内容304

8.12.3 方法304

8.13主轴的屈服强度储备试验305

8.13.1 目的305

8.13.2 内容305

8.13.3 方法305

8.14主轴的破坏扭矩和扭转稳定性（屈曲）试验305

8.14.1 目的305

8.14.2 内容306

8.14.3 方法306

8.15主轴的疲劳强度和寿命试验306

8.15.1 目的306

8.15.2 内容306

8.15.3 方法307

8.16发动机转子持久试验309

8.16.1 目的309

8.16.2 内容310

8.16.3 方法310

8.17测试仪器和数据处理方法310

8.17.1 转子系统测试仪器及应用310

8.17.2 数据处理方法312

参考文献314

第9章评定标准315

9.1 引言315

9.2 应力标准315

9.3 疲劳寿命317

9.4 轴的变形限制318

9.5 支承载荷限制319

9.6屈曲临界载荷安全裕度320

9.6.1 轴的扭转屈曲载荷安全系数320

9.6.2 转动薄壁结构外压屈曲失稳安全系数320

9.7 间隙控制要求320

9.8 不平衡度要求321

9.9频度限制323

9.9.1 发动机临界转速323

9.9.2 转动薄壁件共振安全裕度323

9.10 转子弯曲应变能限制324

9.11整机振动标准324

9.11.1 整机振动值的意义324

9.11.2 整机振动的限制参数324

9.11.3 整机振动限制参数的选取325

9.11.4 整机振动标准的选取325

参考文献328

第10章风险评定329

10.1 引言329

10.2风险的定义与度量329

10.2.1 风险的定义329

10.2.2 风险的度量329

10.2.3 风险的分类330

10.3 风险评定的目的和内容330

10.4风险评定方法331

10.4.1 概述331

10.4.2 确定工作计划332

10.4.3 制定活动网络332

10.4.4 进行专家意见调查332

10.4.5 网络模拟分析335

10.5风险评估的应用例题338

10.5.1 基本数据338

10.5.2 对策的选择338

10.5.3 调查表339

10.5.4 调查表的结果341

10.5.5 风险估价342

参考文献346

第11章计划网络347

11.1 引言347

11.2探索研究计划网络347

11.2.1 初步分析（第一审查期）348

11.2.2 详细设计（第二审查期）351

11.2.3 可行性试验和分析（第三审查期）353

11.3先期发展计划网络354

11.3.1 初步评定（第一审查期）355

11.3.2 部件设计和证实（第二审查期）356

11.4工程研制计划网络358

11.4.1 要求的确定359

11.4.2 转子结构的初步设计（第一审查期）360

11.4.3 气动和结构试验器试验（第二审查期）362

11.4.4 发动机结构环境验证（第三、四审查期）363

11.4.5 工作寿命验证364

参考文献381