课题基金 / 基金详情

基于偏斜变形下航空发动机浮动密封激振失稳的机理研究与定量识别

批准号:
51905480
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
陆俊杰
依托单位:
学科分类:
机械摩擦学与表面技术
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

项目摘要

结项摘要

项目成果

陆俊杰的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
针对航空飞机变姿态运行诱发浮动密封激振失稳与泄漏已成为发展高参数航空发动机的瓶颈问题。本项目基于浮动密封偏斜下的运动轨迹,充分考虑高速重载变温工况引起的浮环气膜热流固变形规律,构建气膜-密封环-柔性支撑组成的非线性动力学数值模型,从而采用高精度交替方向隐式差分法与多重网格法,获取浮环密封膜压成形规律和静动态特性参数;其次,利用Treanor积分与Lyapunov指数,开展偏斜变形过程中气膜-转子激振力诱导浮动密封非线性不平衡动力响应研究,探明密封失稳的形成模式、演变规律与多重影响机理;随后,对浮动密封在偏斜变形下的失稳参数域范围进行定量识别;最终,结合浮动密封多姿态变激振的专用试验台架进行测试分析与理论模型验证,掌握航空发动机浮动密封振动失稳的信息传递规律,为提高航空发动机服役寿命奠定理论基础。
英文摘要
It has become a bottleneck problem for the development of high-parameter aeroengines for the instability and leakage of floating seals induced by aeroplanes. Based on the trajectory of the floating seal deflection, this project fully considers the thermal fluid-solid deformation law of the floating ring film caused by the high-speed heavy-duty variable temperature working condition, and constructs the nonlinear dynamic numerical model composed of the gas film-seal ring-flexible support. The high-precision alternating direction implicit difference method and multi-grid method are used to obtain the pressure forming law and static and dynamic characteristic parameters of the floating ring sealing film. Secondly, using the Treanor integral and the Lyapunov exponent to carry out the film-rotor excitation during the skew deformation process. Force-induced nonlinear unbalanced dynamic response of floating seals, probing the formation mode, evolution law and multiple influence mechanism of seal instability; then, quantitatively identifying the range of instability parameters of floating seals under skew deformation; Combined with the special test rig of floating seal multi-attitude and variable vibration, the test analysis and theoretical model verification are carried out, and the information transmission law of aero-engine floating seal vibration instability is mastered, which lays a theoretical foundation for improving the service life of aero-engine.
针对航空飞机变姿态运行诱发浮动密封在偏斜变形下的失稳和泄漏已成为发展高参数航空发动机的瓶颈问题。本项目依据浮动密封偏斜变形的运动特点,建立气膜-密封环-柔性支撑组成的热流固动力学系统为研究对象,采用近似解析、数值分析、全局仿真和拟实台架测试相结合的四维双度研究方法,研究内容涉及基于改进F-K滑移流模型的超高速柱面槽型化气封性能影响机制、气膜-密封环-柔性支撑的动力学模型构建、浮动密封的失稳裕度量化与敏感参数识别、非线性不平衡响应与失稳判据规律、样机设计、制造成品、台架系统搭建以及循环周期试验下密封的AE信号特征识别等。项目研究结果揭示了偏斜变形过程引发浮动密封动态压力的演变规律,滑移流会影响气膜流速分量,从而降低柱面螺旋槽气膜密封的浮升能力,相应地,压差的提高对密封压力流和剪切流有明显的影响,使得密封系统处于发散阶段;在大偏心下,楔形效应的增强抵抗了气膜压力与厚度分布的不均匀性,利于涡动收敛;然而大膜厚增加了密封不稳定性的概率;其次,探明了浮动密封姿态偏斜变形下非线性振动与失稳,偏心距在0.3左右时系统稳定转速最大;在升速和降速阶段系统动力学行为出现一定滞后现象:转速不断升高会引发系统失稳,并出现概周期运动和亚谐运动状态;最后,实现了密封测试平台构建及性能测试:利用声发射技术采集了不同表面状态的声发射特征频率,其中心频率变化主要受气膜密封结构的影响,获取了密封端面摩擦时的AE信号频率带范围(240-320KHz)。并通过对AE信号时频分析发现了连续小波变换(CWT)能有效表征机械密封不同工况下的AE信号时频特征信息。项目三年执行期内,发表期刊论文12篇,其中EI及SCI共9篇;授权发明专利1项;以第一完成人身份获2022年度宁波市科学技术进步二等奖;本人获得省级人才称号;获批装备发展部“慧眼行动”项目;获批宁波市首批博士创新站;与企业联立成立密封联合实验室等。通过本项目的研究为浮动密封内的气体流动规律和稳定控制提供理论基础,这对航空发动机浮动密封安全可靠、稳定和长周期运行具有重要的学术价值和工程应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1108/ilt-03-2021-0075
发表时间: 2021-04
期刊: Industrial Lubrication and Tribology
影响因子: 1.6
作者: [Junjie Lu]
通讯作者: Junjie Lu
DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2022.04.007
发表时间: 2022
期刊: 润滑与密封
影响因子: --
作者: [张伟政, 徐理善, 陆俊杰, 丁雪兴, 李少峰]
通讯作者: 李少峰
DOI: 10.1108/ilt-02-2020-0048
发表时间: 2020-02
期刊: INDUSTRIAL LUBRICATION AND TRIBOLOGY
影响因子: 1.6
作者: [陆俊杰]
通讯作者: 陆俊杰
DOI: --
发表时间: 2022
期刊: 西安交通大学学报
影响因子: --
作者: [徐理善, 陆俊杰, 宋慧]
通讯作者: 宋慧
共 11 条
    旋转端封滑动界面C-Sb层内滑移积聚演化机理与层间跃迁磨损响应
    • 批准号:
      52575241
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      陆俊杰
    • 依托单位:
    偏摆变温下密封界面磨损失效机理与调控方法研究
    • 批准号:
      LY22E050010
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      陆俊杰
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金