航空发动机发展和转子振动控制对装配性能的影响研究

发表时间:2021/3/11   来源:《工程管理前沿》2020年33期   作者:孙磊
[导读] 近年来,我国的航空工程建设的发展迅速,在航空发动机中,高压压气机的结构复杂,逐级间的装配误差互相累加,造成装配精度差,存在严重的初始不平衡问题。
        孙磊
        中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 上海 浦东 200120

        摘要:近年来,我国的航空工程建设的发展迅速,在航空发动机中,高压压气机的结构复杂,逐级间的装配误差互相累加,造成装配精度差,存在严重的初始不平衡问题。高压涡轮承受载荷大,温度高,工作环境恶劣,给螺栓的设计和装配提出了更高要求。此外,转子装配技术尚不成熟,装配工艺稳定性较差,导致装配过度依赖经验,没有形成标准。同时,装配变形也难以预测。
        关键词:航空发动机转子安装边制造误差;装配性能;影响研究
        引言
        航空发动机技术具有高技术、高投入、高风险的特性,一般来说,单台发动机的研发时间一般在十年到二十年左右,所耗费的资金大约是10亿到20亿。从这些数据就能够看出航空发动机的重要性和难度。我国的航空发动机技术的发展与先进国家相比,仍然存在着很大的距离,因此,要想令我国的发动机技术水平得到提升,就需要投入大量的经费去进行技术方面的研究,只有这样才能够令先进航空发动机关键制造技术得到更好的发展。
        1我国航空发动机的发展
        我国航空发动机经历了一个非常漫长的过程,航空发动机的作用就是为飞机提供推动力,在所有航空器进行工作的过程当中,航空发动机都是一个非常核心的部位,自从飞机研发成功之后,飞机的发动机也得到了飞速的发展,我国的航空业逐渐形成了各种各样、多种类、大范围的特点。从我国航空发动机的发展历程来看,发动机经历了两个时期,一个是活塞发动机时期,另外一个是燃气涡轮发动机时期,从活塞发动机时期到燃气涡轮发动机时期,可以看出航空领域发生了质的飞跃。
        我国进行航空发动机的研制工作是在新中国成立之后,新中国刚刚成立的时候,我国的科学技术水平简直就是一张白纸,从最初的模仿、改造到现在可以独立研发出高水平的航空发动机,我国的科技人员经历了一个非常漫长且坎坷的过程。我国是世界上最大的发展中国家,航空发动机的事业直接体现出一个国家的国力标准和经济发展程度,如果一个国家没有先进的航空发动机事业,那么这个国家的航空事业便不会有大的成就,航空工业也不会得到迅速的发展。
        2航空发动机振动机理
        发动机的结构较为复杂,因此要想对其性能进行分析并非易事,在展开有关于发动机的振动研究时,通常会对其进行简化处理,使其变为一个理想化的振动系统。对此,文章对某航空的涡扇发动机展开分析,其中的涡扇和压气机为一体化装置,它是最为主要的振源,当产生振动后经由轴承进一步传递给发动机,进而带来发动机的整体振动现象。[1]
        2.1不断提高发动机制造水平
        在航空发动机发展的过程当中,应该加大技术研究,只有这样才能够令先进的发动机技术被应用到航空发动机的研发过程当中,国家已经对先进的发动机技术研发进行了支持,通过这种方式能够促进我国高性能发动机的制造技术水平的不断提升,有利于促进我国高性能发动机制造技术的持续发展。在高性能发动机研发的过程当中,需要科研人员吸收国外先进的制造业技术,并且脚踏实地,依据我国航空业发展的国情去发展我国的航空制造业技术。

我国的航空制造业技术与发达国家相比仍然存在着一定的差距,所以这就需要我国的科研人员以科学发展观为导向,学习先进的理论知识,不断提高自己的专业实践能力,从而令发动机制造的技术决定性掌握在自己的手里,不断形成我国特色的航空制造业体系,在航空制造业发展的过程当中发挥出自身的力量,不断促进我国航空发动机的设计与制造水平,从而改进在制造过程当中存在的不足现象,提高发动机制造技术含量。
        2.2转子振动
        转子模型类型丰富,其中以单盘无重轴模型最为典型,它也是最为简单的一种,质量为m的盘将会支撑在无质量的轴上。当转子处于完全平衡状态时,其几何中心、旋转中心以及质量中心均重合在一起。[2]
        当然,在实际运行工作中要想达到这种理想状态并非易事,在转子制造时往往会存在一定的误差,由此引发了转子不平衡问题,此时各重心并未完全重复,当转子处于转动状态时受离心力的影响则会出现振动现象。[3]
        3民用航空发动机
        民用飞机在当前是最安全的运输工具,失事率每75万个起降为一次。由于当前的空运发展速度比较快,所以在运量上也会得到进一步提升,在发动机的要求上也会有相应的提升,主要是对排放污染的降低以及噪声的降低要求,航空发动机在这一发展过程中具有比较突出的作用。我国航空发动机的发展一直都牵动着国人的心,由于在航空发动机技术上和发达国家相比存在着很大的差距,我国在自行研制的军用以及民用飞机发动机的能力上比较薄弱,这也是对民用航空发展的一个最大阻碍。
        我国航空发动机的发展在当前已经进入快车道,一系列新的发动机项目也开始进入比较关键的攻关阶段。航空发动机是一种高度复杂和精密的为航空器飞行提供所需动力的热力机械,是飞机的心脏,对飞机的整体性能和实用性产生直接的影响,也是一国综合实力和国防实力的重要体现,因此,发展航空发动机业成为各个国家发展壮大的重要战略性国策。中国航空发动机的提升潜力是巨大的,具有相当广阔的发展空间。预计,中国未来10年航空发动机业的整体规模将达到1.5万亿元,该行业有望取得新的突破。
        结语
        在先进航空发动机关键技术制造研究的过程当中,一定要令发动机制造的技术决定性、技术探索性、技术突破性和技术发展性得到凸显,从而令我国航空发动机的技术水平能够得到提升。航空发动机的技术水平直接影响着我国科研研发的方向以及科研研发的动力,因此,制造高性能的发动机是我国制造业未来发展的一个大方向,在发动机制造的研发过程当中,一定要投入大量的资金,国家应该要给予大力的支持,通过吸收国外先进的技术理念,脚踏实地,结合我国的国情,令我国现代化的航空技术水平能够得到提升,推动我国航空业的发展,在经济社会发展的过程当中,航空发动机的设计与制造水平能够令我国航空领域的发展水平越来越高,从而不断提高我国的国际竞争力。
        参考文献
        [1]冯健朋,赵小勇.航空发动机振动不平衡相位检测方法研究[J].燃气涡轮试验与研究,2018,31(3):38-42.
        [2]中国航发哈尔滨东安发动机有限公司.一种小型航空发动机多段轴联合转子动平衡方法:CN201910622405.1[P].2019-09-20.
        
        [3]陈曦,廖明夫,刘展翅,等.一种弹性支撑柔性转子模态动平衡方法[J].南京航空航天大学学报,2016,48(3):402-409.
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