[发明专利]一种应用于航空发动机的主控式弹支干摩擦阻尼器

说明书

本发明一种应用于航空发动机的主控式弹支干摩擦阻尼器，属于航空发动机领域；包括弹性支承、动摩擦片、静摩擦片、压电陶瓷作动器、传力机匣、预紧力调节螺栓、阻尼器安装筒、静摩擦片固定环、静摩擦片弹片、静摩擦片弹片固定环、轴承内衬套锁紧螺母、轴承内衬套、轴承外环锁紧螺母和轴承；所述弹性支承依次通过轴承内衬套和轴承同轴安装于转轴上，阻尼器单元体通过传力机匣与所述弹性支承的法兰盘同轴固定连接；阻尼器单元体内引入静摩擦片弹片后，能显著提高径向刚度，并保证动、静摩擦片之间的平行度。在运用了弹片的阻尼器的减振实验中，在结构紧凑的前提下使振动峰值减小了76.4％以上。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种应用于航空发动机的主控式弹支干摩擦阻尼器。

背景技术

转子系统减振是解决航空发动机振动问题的关键。随着推重比的提高发动机在工作转速范围内，转子系统存在若干阶模态，运行过程中，转子频繁穿越临界转速，使用常规被动式减振机构难以保证每个模态下均获得最佳的减振效果。需要阻尼器能够主动地跟踪转子的运行状态，自适应地改变参数，使得工作范围内多阶模态下的振动均得到最有效的控制。因此，实现转子系统振动主动控制是高推重比发动机研制的基础，意义重大。

根据航空发动机结构和工况特点，西北工业大学原创性地提出了可望用于发动机转子振动主动控制的弹支干摩擦阻尼器。二十年来，西北工业大学持续开展了这一研究工作，建立了弹支干摩擦阻尼器的结构模型和力学模型，分析了带干摩擦阻尼器转子的运动，探索了弹支干摩擦阻尼器的阻尼效果和镇定机理，得到了干摩擦阻尼器的镇定边界。从摩擦副的运动特征出发，提出了适用于分析弹支干摩擦阻尼器摩擦副二维相对运动的小球/底盘摩擦模型，建立了带有阻尼器的单转子系统振动控制模型，进一步开展了阻尼器与单转子的动力学优化设计研究，初步建立了主控式弹支干摩擦阻尼器与单转子系统的振动控制优化设计方法；

先是采用弹簧作为执行机构的被动式作动器，范天宇在2005年发表在机械科学与技术期刊的《弹性支承干摩擦阻尼器减振实验研究》中进行了初步的理论分析与实验研究。针对弹支干摩擦阻尼器主动控制和结构减重的需要，CN200710017593.2专利中设计了以电磁铁作为作动器的主动式弹支干摩擦阻尼器，可以根据转子振动状态进行主动阻尼力的调节，实施最优控制，但是其结构复杂，体积较大，无法实时测定动、静摩擦片的正压力。为了解决这些问题，以压电陶瓷作为作动器的一种智能结构弹支干摩擦阻尼器专利CN201510873150.8被设计出来，引入了体积更小的压电陶瓷作动器、调节螺栓、智能结构和弹支应变信号，减小了阻尼器的体积，优化了主动控制的反馈速度和反馈信号。

在此基础上，进行了弹支干摩擦阻尼器主动控制转子振动的控制方法和策略研究，并开展了控制转子突加不平衡和机动飞行的初步验证。初步的研究表明，弹支干摩擦阻尼器具有结构简单、可靠、减振效果明显、工作范围较宽、且较易于主动控制等潜在特点，将为发动机转子振动主动控制提供有效的技术手段。弹支干摩擦阻尼器在航空发动机转子主动减振领域将有很好的应用前景。

但在上述两个专利中的弹支干摩擦阻尼器装置，存在以下不足：

1.静摩擦片安装径向存在间隙，径向刚度较小且无法精准设计。容易造成动、静摩擦片之间接触平行度差，影响阻尼效果。而且，当动摩擦片的振幅，即转子支点处的振动小于此间隙时，静摩擦片在间隙内自由运动，摩擦片间没有相对运动，不产生阻尼，因此无法达到减振的效果。

2.动、静摩擦片之间的摩擦碎屑无法排出。主要影响阻尼器的持续工作效果，摩擦碎屑在动、静摩擦片之间的积累会减弱动摩擦力的大小，影响阻尼器的效果，也不利于长期的使用。

3.润滑油容易进入阻尼器内。若滑油进入动、静摩擦片间，必然会影响摩擦片之间的摩擦力，不利于减振，再者，磨屑可能会污染滑油，对轴承造成损伤。

实际上，上述三个主要问题一直是制约弹支干摩擦阻尼器应用于航空发动机转子主动减振的关键问题。

发明内容

要解决的技术问题：