旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统振动特性仿真研究

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1、振动与冲击第29卷第9期JOURNAL0FVIBRAT10NANDSH0CK旋转冲压转子一动静混合气体轴承系统振动特性仿真研究张广辉，刘占生，田新(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要：研究了旋转冲压压缩转子涡动时，在进气道压缩气流激力作用下的动静压混合气体轴承一柔性转子系统非线性动力学特性。首先对压缩进气道的内部流场进行分析，获得作用在转子上的非线性复杂激振力模型；同时采用有限单元法对旋转冲压发动机中动静压混合气体轴承转子系统(多自由度)进行建模，对含时间项的气体润滑雷诺方程与转子运动学方程进行耦合求解。通过动力学仿真获得了该系统在不同供气压

2、力及不同偏心距作用下的轴心轨迹图与频谱图。研究结果表明，适当的选择供气压力与偏心距，可以降低旋转冲压压缩转子一动静混合气体轴承系统的振动幅值并提高其稳定性。关键词：旋转冲压；气体轴承；转子动力学中图分类号：V231．96文献标识码：A美国RamgenPowerSystem，Inc．提出一种集冲压旋转冲压压气机的机壳以及转子进行了应力分析以及发动机与燃气轮机于一体的新型发动机一旋转冲压发静态及瞬态温度场的分析。王云、孟香在文献[5]中采动机_1J，其利用高速旋转轮盘边缘产生的超音速气流用软件ADAMS和ANSYS相结合的办法，对旋转冲压进行气体压缩。为使轮缘冲压流道中

3、的气流达到超声发动机冲压转子进行了动应力分析。在文献[6]中，他速条件，在轮盘半径一定的情况下转速要高达几万甚们采用上述方法完成冲压转子机械一气动一热力耦合至几十万转，这对其支撑轴承及润滑提出了较高的要分析，得到了影响冲压转子强度的主要因素。但未见求。动静压混合气体轴承能够有效的克服气体动压文献有记载国内外对其支撑轴承一转子系统动力学特轴承低转速承载能力弱的缺点，同时经过旋转冲压压性进行研究。缩后的气体可以作为动静压混合气体轴承的气源，应分析气体轴承转子动力学特性常用的方法中，一用该轴承并没有增加旋转冲压装置的复杂性。因此动种是基于稳定运行状态的小扰动方法，另一种是

4、是由静压混合气体轴承成为旋转冲压压缩系统支撑轴承的Castelli在文献[7]中提出的求解稳定性问题的轨迹选择之一。法。轨迹法的计算过程和假设的控制方程高度吻合，旋转冲压压缩部件位于轮盘上，由于转子存在不能够获得轴颈中心的运动路径并建立稳定性阈值，因平衡质量，会造成转子涡动，改变压缩进气道高度，使此轨迹法不断获得广泛的应用。Castelli在文献[8]中流场参数发生变化，这时高速气流对转子的冲击作用讨论了求解时间瞬态雷诺方程的数值解法，该解法具就成为不平衡作用力。该作用力为非线性复杂激励，备隐式解法的稳定性与显示解法的求解速度。Bou—使转子发生振动。由于旋转冲压内

5、部流动对结构几何sa在文献[9]中提出了应用考虑时间非线性项的雷诺构型非常敏感，在性能设计基于固定几何结构的情况方程来模拟转子的动力学特性。结果表明，线性模型下，若结构发生振动，发动机内部流动组织会受到影会导致不正确的结果，非线性模型可以更好对转子动响，甚至可能导致发动机工作失效。因此，对旋转冲压力学特性进行预测。通常对于气体轴承转子系统的分压缩转子系统而言，非线性复杂激振力作用下气体轴析，或者没有考虑转子因素，或者将转子假设为两自由承支撑系统的转子动力学特性是影响其工作性能的重度的刚性转子模型，而没有对多自由度转子进行建模要因素之一。分析。美国RamgenPowe

6、rSystems，Inc．的AllanD．Gros—因此本文通过对旋转冲压压缩转子内部流场进行venor等在文献[3]中对旋转冲压压缩转子压缩通道内分析，获得作用在转子上的非线性复杂耦合激振力模流场进行了不考虑粘性和考虑粘性三维CFD模拟并对型；同时直接对旋转冲压发动机中动静压混合气体轴非工况下的压缩特性进行了简单的讨论。Ramgen承转子系统(多自由度)进行有限元建模，对含时间项PowerSystems，Inc．在文献[4]中应用软件ANSYS对的气体润滑雷诺方程与转子运动学方程进行耦合求解，进而研究动静混合气体轴承支撑的高速转子系统收稿日期：2009—06—11

7、修改稿收到日期：2009—08—26在旋转冲压压缩复杂激振力作用下的非线性转子动力第一作者张广辉男，博士生，1981年生学特性通讯作者刘占生男，教授，博士生导师，1962年生振动与冲击2010年第29卷1旋转冲压压缩转子气流激振力模型(a)试验1．1压缩进气道流场二维分析计算模型如图1所示，在轮盘上设置两个对称的压缩进气道，转子的尺寸如下：轮盘外径210IYlm，机壳外径246(b)RNGk-8mm，轮盘厚度35mill，列板高度约为17mlTl。本文设计图3马赫数等高线的旋转冲压压缩进气道的工作来流相对马赫数为2，则Fig．3ThecontourlineofM