气膜冷却叶片热应力和振动特性的计算分析_孙建逵
上海理工大学学报
第32卷 第5期J.University of Shanghai for Science and Technology
Vol.32 No.5 2010
文章编号:1007-6735(2010)05-0488-05
收稿日期:2010-01-06
作者简介:孙建逵(1984-),男,硕士研究生.E -ma il:sol3233@https://www.wendangku.net/doc/cb7957185.html,
气膜冷却叶片热应力和振动特性的计算分析
孙建逵, 王宏光
(上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093)
摘要:采用计算流体力学软件Num eca 计算了气膜冷却叶片表面的温度场,通过插值计算,将Nu -m eca 中的叶片表面温度结果导入到有限元分析软件Ansy s 中作为边界条件,计算分析了整个叶片的温度场和热应力.计算了叶片在不同温度场下的叶片固有频率,并采用等效材料参数的方法计算了叶片具有气膜冷却孔时的固有频率.温度场对叶片的固有频率影响较大,气膜冷却孔使得叶片固有频率下降.
关键词:气膜冷却;温度场;热应力;固有频率中图分类号:TK 14 文献标志码:A
Analysis on thermal stress and vibration o f film -co oling blade
SUN Jian -kui, WANG Hong -guang
(School of En er gy an d Pow er Engin eering ,Un iversit y of S han ghai for
Science an d Techn ology ,Shan ghai 200093,China )
Abstract:The surface temperature of film -cooling blade was calculated by using computational flu -id dynamics software Numeca and the Numeca results were then input into the finite element soft -ware Ansys as the boundary condition in the finite element analysis.The temperature field and thermal stress of the blade were analysed.Under several different temperature fields the natural frequency of blade was calculated.The influence of making film -cooling holes on natural frequency was investigated by using the equivalent material parameters.Temperature field has great influ -ence on natural frequency of blade.Holes diminish natural frequency of blade.Ke y words:film-coolin g ;tem per a tur e field ;ther m a l str ess ;na tu r al fr equen cy 随着燃气轮机技术的迅猛发展,燃气轮机的进口温度超过了2000K,己经超出了材料的承受能力,故引入冷却技术来降低金属材料的温度,以提高燃气轮机叶片的寿命.当前,许多燃气轮机叶片采取了由叶身内部的异形孔形成冷却通道,叶身上特别是叶片前缘开有密布小孔以形成气膜冷却的结构.这种叶片温度场的非均匀分布将产生一定的热应力,从而给透平叶片的强度设计带来新的课题.文献[1-3]在计算叶片热应力时,叶片的表面温度数据都是通过实验得到
的.文献[4]通过实验确定了叶片表面对流换热系数后,计算了二维叶片的热应力.文献[5]采用有限元软件计算了涡轮导向叶片在最大工作状态下的热应力.文献[6]采用有限元软件计算了没有气膜冷却的叶片的热应力,以及温度场对叶片振动特性的影响.文献[5,6]在计算叶片温度场时只在叶片的几个区域给出了几个温度值,给出的温度边界条件比较粗糙,并不能准确地模拟叶片实际的温度场.而文献[1-4]采用实验的方法成本高、工作量大.
第5期孙建逵,等:气膜冷却叶片热应力和振动特性的计算分析
本文使用商业软件计算叶片表面温度分布和叶片热应力等问题.首先采用Numeca 软件对带有气膜冷却的叶栅流道进行模拟计算,将计算得到的叶片表面温度作为叶片温度场有限元计算的边界条件,并通过自编的插值程序,将其导入到有限元软件Ansys 中,实现这两种软件间的数据传递;然后用有限元软件Ansys 计算分析叶片的温度场与热应力,这样得到的叶片温度场能更好地模拟出叶片的实际情况;最后计算分析了在不同温度条件下的叶片的固有频率,以及冷却孔对叶片固有频率的影响.
1 叶栅流道计算
为了得到叶片表面温度分布,先对叶栅流道进行模拟计算,将叶栅流道计算得到的叶片表面温度结果作为有限元模型的边界条件.1.1 叶栅流道模型的建立
叶片高度为60mm,叶栅节距为68mm ,叶片的气膜冷却孔采用N um eca 软件自带的cooling/bleed 模块,在网格上添加这个模块,该网格区域内就会按设定的冷气参数向外喷射冷气.小孔直径为1m m,孔间距为3mm ,分别在前缘滞止线两侧,压力面轴向弦长的15%,40%,70%处,以及吸力面轴向弦长5%,15%,40%,75%处打孔,每排打18个孔,小孔入射角为30b .整个叶栅流道划分1862466个网格.叶栅流道的网格图如图1所示
.
图1 流道计算网格图Fig.1 Grids of flo w field
1.2 流动控制方程与边界条件
控制方程采用三维定常可压缩的N av ier -Stokes 方程,湍流模型为标准一方程Spalart -Al-l m ar as 模型.
叶栅进口的主流总压为1.2@105Pa,出口压力为1个大气压,叶栅零攻角进气.吹风比为1,壁面采用绝热壁面.主流温度T z 与冷却气体温度T l 的工况如表1所示.1.3 计算结果
图2是通过N umeca 计算得到的工况1的叶
片表面温度场,左侧是压力面,右侧是吸力面,在滞止线处虽然开有2排孔,但前缘区域的温度T 还是比其他开孔区域的高,达到1050K,靠近滞止线的一小部分区域更高,达到1200K 以上.吸力面的其他开孔区域温度从小孔出口处的800K 增加到下游的950K.吸力面的流动状况较差,后两排小孔的冷却效果不是很理想,靠近叶根和叶顶区域温度较高,达到了1300K,和其他区域形成了较大的温度梯度.
表1 计算工况
Tab .1 Calculatio n co nditio n
工况T z /K T l /K 11300800212008003110080041300700512007006110070071300600812006009
1100
600
图2 Numeca 计算的叶片表面温度场Fig.2 Temperature field o f blade fro m Numeca
2 叶片热应力的有限元计算
2.1 有限元模型的建立
采用Pro/E 软件建立叶片实体模型,叶片型线与流道计算的型线一致.由于气膜冷却孔孔径较小,数量又多,所以,气膜冷却对叶片的影响采用文献[7,8]中的等效材料参数来考虑.叶片热分析时采用三维20节点热单元Soild92,应力计算时采用等效的20节点结构单元Soild95,单元的边长控制为1mm ,采用sw eep 划分,单元总数为44040个,节点总数为215006个.叶片的有限元模型如图3所示(见下页).
2.2 材料的机械性能参数
温度T 对结构应力和变形的影响不仅仅在于
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产生热应变和热应力,材料的机械性能如弹性模量、屈服应力及热膨胀系数等往往随温度变化,这也会影响到结构应力的分析结果.材料参数如表2所示,E 为弹性模量,A 为热膨胀系数.
图3 叶片的有限元模型
Fig.3 Finite element model o f blade
表2 材料参数
Tab .2 Material parameters
T /K E /GPa A @10-6/K -1
29422036621547820511.958819512.469819012.881318513.192317513.5103317014.0114316014.81253145
15.81363
17.02.3 有限元计算的边界条件
有限元计算的叶片表面温度边界条件通过对流动计算的叶片壁面温度进行插值得到.导出计算流体力学网格中叶片表面网格点的坐标和对应的温度值(x a (i),y a (i),z a (i),T a (i)),在Ansys 中可以得到叶片表面节点的节点号与对应的坐标(n (j ),x b (j ),y b (j ),z b (j )).下标a,b 分别表示Numeca,Ansys 中网格点的坐标.Numeca 与Ansy s 中的坐标系的原点和方向是一致的,模型的大小和位置也是一致的.编制Fortran 程序,给A nsys 中每个叶片表面节点(x b (j ),y b (j ),z b (j ))在Numeca 网格点中找到与其空间距离最小的3个网格点(x a (i 1),y a (i 1),z a (i 1)),(x a (i 2),y a (i 2),z a (i 2)),(x a (i 3),y a (i 3),z a (i 3)),将这3个网格点上的温度值进行插值,并将插值结果赋给这个有限元节点,这样,叶片
表面每个有限元节点的节点号都对应一个温度值.
最后将这些节点号对应的温度值用Ansy s 命令编写程序放入.log 文件中,将.log 文件导入Ansys 中就实现了两个软件的载荷对接.冷气从叶片内部通道流过,所以,取叶片内部表面温度与冷气温度相同.
图4是通过Ansy s 计算得到的工况1的叶片温度场,叶片的表面温度场和Numeca 软件计算得到的结果相符.
图4 Ansys 计算的叶片温度场
Fig.4 Temperature field o f blade fro m Ansys
在采用有限元计算热应力时,在叶身根部添加约束防止叶身根部刚体滑移,为了减少人为造成的多余约束,在叶身根部截面上取一节点i ,使得u i =0,v i =0,w i =0,u,v,w 为x ,y ,z 方向的位移量;取一节点j ,使得v j =0;再取一节点k ,使得w k =0[9]
.并且这3个点不能取在应力最大处.最后将温度场分析结果施加到叶片上,进行热应力计算.2.4 热应力的计算结果
图5为工况1的叶片热应力等值线云图,A ,B,C,D,E ,F 为热应力等值线的编号.由于计算模型中的气膜冷却孔主要集中在叶身中间,在靠近叶根和叶顶处的区域没有布置气膜冷却孔进行气膜冷却,而且叶顶和叶根表面采用了绝热条件,与实际情况有区别,所以,本文暂不考虑叶根和叶顶处的应
图5 叶片热应力
Fig.5 Thermal stress o f blade
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第5期孙建逵,等:气膜冷却叶片热应力和振动特性的计算分析
力,主要分析叶身中间部分由于温度梯度产生的整
体热应力.叶身大部分区域的热应力都小于300
MPa,与图4叶片的温度场相对应,在叶片的压力面
上和吸力面轴向弦长50%以前的区域,气膜冷却的
效果较好,形成的温度梯度较小,所以,产生的热应
力也不是很大,在116MPa左右.由于吸力面后两
排孔排的冷却效果不理想,产生了较大的温度梯度,
所以,在这些区域内的热应力也很大,达到了
643M Pa.
3固有频率的计算
由于叶片中间是空心的,叶片可以看成是由板
组成,根据板的振动理论,其固有频率f的表达
式为[10]
f=(PB2/2l2)
Eh
12Q(1-M2)
式中,B为板振动时依赖于板形状和边界条件的特征值;l为板的特征长度;h为板厚度;Q为板密度;M 为泊松比;E为弹性模量.
一般金属材料的泊松比接近于0.3,所以,泊松比的变化对板的固有频率影响不大.而弹性模量和密度的改变对板的固有频率有一定的影响,所以,在叶片打孔的区域采用具有等效弹性模量和等效密度的无孔材料代替,这样既简化了有限元模型,又计入了气膜冷却孔对叶片固有频率的影响.在常温下叶片前缘区域采用等效材料参数为E1=0.85E,Q1=0.91Q,其他打孔区域为E2=0.91E,Q2=0.96Q[7,8].
将叶身根部固支,用模态分析分别计算了在常温下和9个温度工况下的叶片前6阶固有频率,以及在常温下采用等效材料参数的叶片固有频率.计算结果如表3所示.
温度场的存在,主要影响了叶片材料的弹性模量,随着温度的升高,材料的弹性模量下降,叶片的刚度变小,叶片固有频率降低.图6为常温下叶片前6阶固有频率X与不同温度工况下及常温下采用等效材料参数的叶片固有频率差$f.由于叶片的温度较高,所以,从表3和图6中可以看到,温度场对叶片的固有频率影响很大,工况9的1阶固有频率比常温下的固有频率小了381.2H z,随着阶次的升高,两者之间的差增大,工况9的6阶固有频率比常温下的固有频率小了989H z.
表3固有频率计算结果
Tab.3Calculatio n results of natural freq uency
工况
频率
1阶2阶3阶4阶5阶6阶工况13895.34969.97384.99584.41200413118工况23948.85007.57461.09629.01208913165工况33986.25035.47517.69663.51215413203工况43940.75035.87478.69708.81216513298工况53992.25070.47549.69749.31224113338工况64028.55095.87602.09780.11230013369工况73979.25089.77553.99813.71229713447工况84028.75122.97620.49852.11236813484工况94064.05147.37671.89882.51242713515等效4347.95472.18236.110227.01315613900常温4445.25568.38358.510531.01345414504
图6频率差
Fig.6Frequency difference
主流温度和冷却气体温度的升高都会使得叶片固有频率下降.当主流温度为1300K,冷气温度分别为600,700,800K时,1阶固有频率分别下降了466.0,504.5,549.9H z.当冷气温度为800K,主流温度分别为1100,1200K时,固有频率分别下降了459.0,496.4H z.冷气温度与主流温度同样改变100K,冷气温度的改变使得叶片固有频率变化较大.由于冷却气体的温度不仅决定叶片内部流道的温度边界,还影响叶片外表面的温度边界,所以,冷却气体温度的变化比主流气体温度的变化对叶片固有频率的影响更大.
当叶片上存在气膜冷却孔时,相当于使得叶片部分区域的弹性模量下降,所以,叶片的固有频率也有所下降,1阶固有频率下降了97.3H z,随着振动阶次的升高,频率下降的越大.但在高温条件下,气膜冷却孔对叶片固有频率的影响没有温度场的大.
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4结论
a.建立了Numeca软件和Ansys软件载荷传递的接口,气动温度场和结构温度场是一致的.
b.叶片吸力面流动状况差,气膜冷却效果不理想,在后两排孔下游的温度梯度大,产生较大的热应力,在吸力面应多加气膜孔.
c.叶片温度升高,固有频率下降,冷却气体温度的变化对叶片固有频率的影响作用比主流温度的大.
d.气膜冷却孔的存在,使得叶片的固有频率下降.
采用等效材料的方法计算了叶片的整体热应力情况,对于小孔周围的局部温度场与热应力将在以后的工作中进行计算分析.本文采用的计算模型较为简略,在今后的分析中将考虑叶片表面换热系数的影响.
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旋翼的空气动力特点9页
旋翼的空气动力特点 (1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓直升机下降趋势。 (2)产生向前的水平分力克服空气阻力使直升机前进，类似于飞机上推进器的作用(例如螺旋桨或喷气发动机)。 (3)产生其他分力及力矩对直升机；进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。旋翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时，桨叶与空气作相对运动，产生空气动力；桨毂则是用来连接桨叶和旋翼轴，以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接。 旋翼的运动与固定翼飞机机翼的不，因为旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线动外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶空气动力现象要比机翼的复杂得多。 先来考察一下旋翼的轴向直线运动这就是直升机垂直飞行时旋翼工作的情况，它相当于飞机上螺旋桨的情况。由于两者技术要求不同，旋翼的直径大且转速小；螺旋桨的直径小而转速大。在分析、设计上就有所区别设一旋冀，桨叶片数为k，以恒定角速度Ω 绕轴旋转，并以速度Vo沿旋转轴作直线运动。如果在想象中用一中心轴线与旋翼轴重合，而半径为r的圆柱面把桨叶裁开(参阅图2，1—3)，并将这圆柱面展开成平面，就得到桨叶剖面。既然这时桨叶包括旋转运动和直线运动，对于叶剖面来说，应有用向速度(等于Ωr)和垂直于旋转平面的速度(等于Vo)，而合速度是两者的矢量和。显然可以看出(如图2．1—3)，用不同半径的圆柱面所截出来的各个桨叶剖面，他们的合速度是不同的：大小不同，方向也不相同。如果再考虑到由于桨叶运动所激起的附加气流速度(诱导速度) )，那么桨叶各个剖面与空气之间的相对速度就更加不同。与机翼相比较，这就是桨叶工作条件复杂，对它的分析比较麻烦的原因所在。 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的空气，或正确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流管加以单独处理。假设： 空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度在桨盘处各点为一常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变化。 根据以上假设可以作出描述旋翼在：垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个滑流截面，So、S1和S2，在So面，气流速度就是直升机垂直上升速度Vo，压强为大气压Po，在S1的上面，气流速度增加到V1= Vo+v1，压强为P1上，在S1 的下面，由于流动是连续的，所以速度仍是V1，但压强有了突跃Pl下＞P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，气流速度继续增加至V2=Vo+v2，压强恢复到大气压强Po。 这里的v1是桨盘处的诱导速度。v2是下游远处的诱导速度，也就是在均匀流场内或静止空气中所引起的速度增量。对于这种现象，可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。 旋翼的锥体
转动设备常见振动故障频谱特征案例分析
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析 一、不平衡 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。 转子不平衡的主要振动特征： 1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动； 2、波形为典型的正弦波； 3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。 案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm ／s，轴向12.0 mm／s。各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。
解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。 二、不对中 转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。 不对中的振动特征： 1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；
2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主； 3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度； 4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。 案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显著，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。再测量泵轴承箱与电机轴承座对应部位的相位差，发现接近180度。 解体检查发现联轴器有2根联接螺栓断裂，高速轴上部径向轴瓦有金属脱落现象，轴瓦间隙偏大；高速轴止推面磨损，推力瓦及惰性轴轴瓦的间隙偏大。检修更换高速轴轴瓦、惰性轴轴瓦及联轴器联接螺栓后，振动降到A区。 三、松动 机械存在松动时，极小的不平衡或不对中都会导致很大的振动。通常有三种类型的机械松动，第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存在结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形，此类松动表现出的振动频谱主要为1x。第二种类型的松动主要是由于机器底座固定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起，其振动频谱除1X外，还存在相当大的2X分量，有时还激发出1／2X和3X振动
发动机振动特性分析与试验
发动机振动特性分析与试验 作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。 发动机结构振动分析方法简介 图1 发动机结构振动分析方法 如图1所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤： 1. 动力总成FE建模及模态校核 建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。
2. 动力总成模态压缩 缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性，进行评判和结构优化。 实例分析 1. 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，针对其结构振动问题，对其进行结构振动CAE 分析，并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下：缸径75mm，冲程85mm，缸间距84mm，最大缸压6MPa。 2. 坐标定义 为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义（见图2）。
船舶原理 螺旋桨 螺距
第一章绪论 第二章螺旋桨的几何特征 一、主要内容 1、本课题的主要研究内容； 2、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念； 3、螺旋桨的外形和名称及几何特征的有关专业术语。 二、重点内容 1、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念； 2、桨叶数、桨的直径、螺距比和盘面比等概念。 三、教学方法 多媒体授课、结合螺旋桨模型组织教学 四、思考题 1、什么是有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进 系数？ 2、表征螺旋桨几何特征的主要参数有哪些？ 三、下讲主要内容 理想推进器理论。
第一章绪论 一、本课题的研究对象和内容 1、船舶快速性 船舶在给定主机马力（功率）情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。 2、推进器 将能源（发动机）发出的功率转换为推船前进的功率的专门装置或机构。常见的推进器为螺旋桨。 3、主要内容 1）推进器在水中运动时产生推力的基本原理及其性能好坏； 2）螺旋桨的图谱设计方法。
二、马力及效率 1、有效马力P E 1）公制有效马力（本教材常用）2）英制有效马力式中，Te 为有效推力（kgf ），R 为阻力（kgf ），v 为船速（m/s ）E ()7575P v Rv UShp =e ＝或hp T E ()7676P v Rv UKhp =e ＝T 思考：在船舶专业中常用的速度单位还有哪些？
2、主机马力和传送效率 推进船舶所需要的功率由主机供给，主机发出的马力 称为主机马力，以P S 表示。 主机马力经减速装置、推力轴承及主轴等传送至推进器，在主轴尾端与推进器联接处所量得的马力称为推进器 的收到马力，以P D 表示。 传送效率η s ＝P D / P S ，它反映了推力轴承、轴承地、 尾轴填料函及减速装置等的摩擦损耗。
气膜孔的位置对涡结构和气膜冷却效率的影响
一收稿日期:２０１８￣０５￣０７一一一一一 一基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助(Ｎｏ.１７ｌｇｊｃ４１)? 一作者简介:陈志涯(１９９０￣)?男?博士研究生?主要从事流动结构研究? 气膜孔的位置对涡结构和气膜冷却效率的影响 陈志涯?詹杰民?龚也君?胡文清 (中山大学工学院应用力学与工程系?广州５１０２７５) 摘要:在燃气轮机中?气膜冷却技术能有效地从高温燃气中保护涡轮叶片?如何提高气膜冷却效率是气膜冷却研究的热点问题?使用大涡模拟(ＬＥＳ)模型分析了平板气膜孔在吹风比为０.５工况时气膜孔下游的速度分布?并与实验进行对比验证?在相同吹风比下?通过模拟叶片上不同气膜孔的位置相应的入口速度分布?研究其对气膜冷却效率的影响?以及对气膜冷却过程中占主导地位涡结构的形成和发展的重要影响?随着气膜孔的位置靠后?湍流边界层随之增厚?滚子涡和肾型涡对生成加快?涡强增大?涡核脱离壁面?从而影响气膜冷却效率?湍流边界层的变化对流向和展向的气膜冷却效率和冷却覆盖范围有明显的影响?关键词:燃气轮机?气膜冷却?大涡模拟?湍流边界层 分类号:ＴＫ４７一一一文献标识码:Ａ一一一文章编号:１００１￣５８８４(２０１９)０１￣００２９￣０４ ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇＨｏｌｅＰｏｓｉｔｉｏｎｏｎＶｏｒｔｅｘＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＦｉｌｍＣｏｏｌｉｎｇＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＣＨＥＮＺｈｉ￣ｙａ?ＺＨＡＮＪｉｅ￣ｍｉｎ?ＧＯＮＧＹｅ￣ｊｕｎ?ＨＵＷｅｎ￣ｑｉｎｇ (１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ? ＳｕｎＹａｔ￣ｓｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５?Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ?ｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｔｅｃｔｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｆｒｏｍｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓ.Ｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓａｈｏｔｉｓｓｕｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇ.Ｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｆｌａｔｆｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇｐｌａｎｅｗｈｅｎｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏｅｑｕａｌｓ０.５ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＬａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ(ＬＥＳ)ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ?ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏ?ｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇｈｏｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.Ｉｔ'ｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒａｔｔｈｅｉｎｌｅｔｈａｖｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｄｏｍｉｎａｔｅｄｖｏｒｔｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ?ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｅｒｖｏｒｔｅｘａｎｄｋｉｄｎｅｙ￣ｔｙｐｅｖｏｒｔｅｘｐａｉｒｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ?ｔｈｅｖｏｒｔｉｃｉｔｙｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ?ａｎｄｔｈｅｖｏｒｔｅｘｃｏｒｅｉｓｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｗａｌｌｓｕｒｆａｃｅ?ｔｈｅｒｅｂｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｃｏｖｅｒａｇｅａｌｏｎｇｂｏｔｈｏｆｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｐａｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ?ｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇ?ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ ０一前一言 在燃气轮机中?气膜冷却技术能有效地防止叶片被高温的燃气过分加热而产生热疲劳?在气膜冷却的整个过程中?大量的涡结构由于冷却射流和主流边界层的强烈混合而产生?会极大地影响局部的传热系数和气膜冷却的效率?现阶段?国内外已经有众多实验研究提高气膜冷却效率?这些研究一部分集中于最优化气膜孔的形状?Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ等人[１]通过实验研究了不同形状的气膜孔和不同的空气密度的影响?发现通过扩大气膜孔的出口宽度可以很有效地提高气膜冷却效率?Ｇｒｉｔｓｃｈ等人[２]和Ｆｏｒｇｈａｎ等人[３]研究了扩张气膜孔对冷却效率的影响?刘晓红等人[４]通过设计不同的辅助性的小气膜孔?研究其对主要射流的气膜冷却效率的影响?Ｙｕｅｎ等人 [５] 和Ｌｅｅ等人 [６] 对不同射流夹角的气膜 孔模拟并研究了在气膜冷却过程中的特征结构?另一些研究通过改变射流喷射的方式来提高冷却效率?Ｅｋｋａｄ等人[７]研究周期性喷射的小孔对气膜冷却效率的影响?Ｃｏｕｌｔｈａｒｄ等人[８?９]和Ｂｉｄａｎ等人[１０?１１]发现在气膜孔周期性地开启射流时会产生强烈的扰动从而产生很强的涡结构?导致气膜冷却效率的降低?李硕等[１２]应用ＬＥＳ研究了不同吹风比对具体涡结构和冷却效率的影响? 气膜冷却效率不仅与气膜孔的形状和射流方式有关?还与其在叶片表面的位置有关?在涡轮叶片的不同位置具有不同的速度分布?距离叶片前缘越远?其湍流边界层越厚?本文关注在叶片不同位置的入口速度分布对气膜孔冷却效率的影响?应用大涡模拟方法模拟分析瞬态的气膜冷却过程中冷却射流与主流热气之间的强烈掺混过程?并研究气膜孔的位置对流向和展向的平均冷却效率的影响? 第６１卷第１期汽一轮一机一技一术Ｖｏｌ.６１Ｎｏ.１ ２０１９年２月 ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ.２０１９
旋转机械振动的基本特性
旋转机械振动的基本特性 概述 绝大多数机械都有旋转件，所谓旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。 旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万、几十万转。 故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，机器运行失稳，产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。机器发生故障的原因不同，所反映出的信息也不一样，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。 由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。 从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。同样，对旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。 根据故障原因和造成故障原因的不同阶段，可以将旋转机械的故障原因分为几个方面，见表1。 表1 旋转机械故障原因分类
气膜冷却流场和温度场特性的高速纹影研究
目录 摘要................................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 第一章绪论 (1) 1.1课题研究的背景、目的及意义 (1) 1.2气膜冷却技术研究综述 (1) 1.2.1国内气膜冷却技术研究 (2) 1.2.2国外气膜冷却技术研究 (3) 1.3流体显示与测量技术 (5) 1.3.1国内流体显示与测量技术研究 (5) 1.3.2国外流体显示与测量技术研究 (5) 1.4纹影技术研究综述 (6) 1.4.1国内纹影技术研究 (6) 1.4.2国外纹影技术研究 (8) 1.5本课题主要内容 (8) 1.5.1研究目的 (8) 1.5.2研究内容 (8) 1.5.3创新点和重点 (8) 第二章实验部分 (10) 2.1实验装置介绍 (10) 2.1.1纹影光路系统 (10) 2.1.2直流风洞系统 (11) 2.1.3射流供气系统 (11) 2.1.4高速摄影系统 (12) 2.2纹影技术概述和基本原理 (12) 2.2.1纹影技术概述 (12) 2.2.2纹影技术基本原理 (16) 2.2.3纹影仪的操作方法和注意事项 (18) 2.3纹影光学系统验证实验 (19)
滚动轴承的振动信号特征分析报告
南昌航空大学实验报告 课程名称：数字信号处理 实验名称：滚动轴承的振动信号特征分析实验时间： 2013年5月14日 班级： 100421 学号： 10042134 姓名：吴涌涛 成绩：
滚动轴承的振动信号特征分析 一、实验目的 利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识，对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析，找出能区分四种状态（滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态）的特征。 二、实验原理 振动机理分析：机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征，根据特征进行故
障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。 三、 实验内容 Step1、使用importdata （）函数导入振动数据。 Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据，分割方法为： 设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ，传动轴的转动速率为V r 。 采样间隔为： 1 s t f ?= （1） 旋转频率为： 60 r r V f = （2） 传动轴的转动周期为： 1 r T f = （3） 由式（1）和（3）可推出振动信号一个周期内采样点数N ： 1 1s r r s f f T N t f f = ==? （4） 由式（2）可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ，再由式（3）可得到一个周期内采样点数N=400.67，取N =400。 Step3、提取振动信号的特征，分析方法包括： 1、时域统计分析指标（波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) ）等，相关计算公式如下： （1）波形指标： P f X WK X = (5) 其中，P X 为峰值，X 为均值。p X 计算公式如下：
第三章 螺旋桨基础理论及水动力特性
第三章螺旋桨基础理论及水动力特性 关于使用螺旋桨作为船舶推进器的思想很早就已确立，各国发明家先后提出过很多螺旋推进器的设计。在长期的实践过程中，螺旋桨的形状不断改善。自十九世纪后期，各国科学家与工程师提出多种关于推进器的理论，早期的推进器理论大致可分为两派。其中一派认为：螺旋桨之推力乃因其工作时使水产生动量变化所致，所以可通过水之动量变更率来计算推力，此类理论可称为动量理论。另一派则注重螺旋桨每一叶元体所受之力，据以计算整个螺旋桨的推力和转矩，此类理论可称为叶元体理论。它们彼此不相关联，又各能自圆其说，对于解释螺旋桨性能各有其便利处，然亦各有其缺点。 其后，流体力学中的机翼理论应用于螺旋桨，解释叶元体的受力与水之速度变更关系，将上述两派理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。从环流理论模型的建立至今已有六十多年的历史，在不断发展的基础上已日趋完善。尤其近二十年来，由于电子计算机的发展和应用，使繁复的理论计算得以实现，并促使其不断完善。 虽然动量理论中忽略的因素过多，所得到的结果与实际情况有一定距离，但这个理论能简略地说明推进器产生推力的原因，某些结论有一定的实际意义，故在本章中先对此种理论作必要介绍，再用螺旋桨环流理论的观点分析作用在桨叶上的力和力矩，并阐明螺旋桨工作的水动力特性。至于对环流理论的进一步探讨，将在第十二章中再行介绍。 §3-1 理想推进器理论 一、理想推进器的概念和力学模型 推进器一般都是依靠拨水向后来产生推力的，而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度(通常称为诱导速度)。显然推进器的作用力与其所形成的水流情况密切有关。因而我们可以应用流体力学中的动量定理，研究推进器所形成的流动图案来求得它的水动力性能。为了使问题简单起见，假定： （1）推进器为一轴向尺度趋于零，水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后称为鼓动盘(具有吸收外来功率并推水向后的功能)。 （2）水流速度和压力在盘面上均匀分布。 （3）水为不可压缩的理想流体。 根据这些假定而得到的推进器理论，称为理想推进器理论。它可用于螺旋桨、明轮、喷水推进器等，差别仅在于推进器区域内的水流断面的取法不同。例如，对于螺旋桨而言，其水流断面为盘面，对于明轮而言，其水流断面为桨板的浸水板面。 设推进器在无限的静止流体中以速度V A前进，为了获得稳定的流动图案，我们应用运动转换原理，即认为推进器是固定的，而水流自无穷远前方以速度V (鼓动盘)。图 A流向推进器 260
机械设备振动特性分析
机械设备振动特性分析 佟德纯 教授 一 振动波形变换 设备的振动监测与诊断，振动波形的分析，提取表征状态信息的特征量是最常用的有效方法之一，振动波形的分析主要有两种：一是时域分析，即将振动作为时间τ(秒)的函数x(τ)来观测。二是频域分析，即按傅立叶变换方法将x(τ)变换成频率f (赫芝)的函数X(f)。这个变换关系和过程可用空间简图来表示，见图5.1。 图5.1 振动波形分析 1. 振动的时域波形特征量 (1) 均值x ：描述振动过程的静态成分，又称为直流分量，即 ?=T dt t x T x 0)(1 (5.1) 式中T —平均时间(样本长度)，以秒或毫秒计。 (2) 绝对值平均x ，即 dt t x T x T ?=0)(1 (5.2) (3) 均方值2x ：表示振动的平均能量或平均功率的指标，即 ?=T dt t x T x 022)(1 (5.3) (4) 均方根值(有效值)rms X ：描述振动的有效正振幅，即 ?=T rms dt t x T X 0 2)(1 (5.4) (5) 方差2x σ ：描述振动偏离均值散布情况，其标准差σx 表示振动的动态分量 ，即 []?-=T x dt x t x T 02 2 )(1σ (5.5) 为了进一步理解上述振动特征量的物理意义，特用模拟电路表示特征量的运算过程，具
体如图5.2所示。 图5.2 振动特征量的运算电路 3. 复杂周期振动的分解 复杂的周期振动)()(nT t x t x T +=都可用傅立叶级数的形式展开，即分解成若干个 谐波(简谐)振动之各，即 ∑∑∞=∞=++=++=1 010)cos()sin cos (2n n n n n n T t n A A t n b t n a a x θωωω (5.6) 式中 ω为角频率，T f ππω220== 0A 为直流分量，200a A = n A 为n 阶谐波的振幅，)2,1(,?????=+=n b a A n n n n θ为n 阶谐波的相角，)2,1(),(???=-n a b arctg n n n θ 由(5.6)式可知，复杂的周期振动)(t x τ是由直流分量0A 和各次谐波振动 )3,2,1(,???=n A n 所组成。这就是振动信号的频率分析，又称谐波分析，是振动监测与诊断的基本方法之一。 示例：柴油机扭振分析 柴油机是六缸四冲程星形连接，点火次序如图5.3所示。转速n=195rpm ，即基频f 0
2.螺旋桨及其副作用要点
编号 南京航空航天大学 毕业论文题目 2.螺旋桨及其副作用 学生姓名顾军 学号070750526 学院民航（飞行）学院 专业飞行技术 班级0707505 指导教师蔡中长实验师 二〇一二年九月
南京航空航天大学 本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：2.螺旋桨及其副作用）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名：年月日 （学号）：070750526
螺旋桨及其副作用 摘要 从第一架飞机诞生直到第二次世界大战结束，几乎所有的飞机都是螺旋桨飞机。飞行学员的飞行生涯也都是从螺旋桨飞机开始的，螺旋桨是为飞机提供动力的主要组成部分，但其在提供动力的同时也给飞行带来一些副作用。在飞行过程中，飞行员应该根据各种飞行需要，克服螺旋桨所带来的副作用，保证飞机的正常飞行。本文先简单的介绍了螺旋桨的结构和工作原理，然后是螺旋桨的主要四种副作用：反作用力矩、滑流效应、进动效应和不对称载荷，从根本上讲述了各个副作用的形成原因以及作用结果，最后谈论了改正措施和个人DA42双发螺旋桨飞机的训练经验。希望本篇文章会为以后飞行学员训练提供很大的帮助。 关键词：螺旋桨，工作原理，副作用
Propeller and the Side Effect Abstract From the birth of the first aircraft until the end of World War II, almost all of the aircraft are propeller aircraft. All the pilot students start by propeller aircraft. Propeller is the main component to provide power to the flight, but at the same time it brings some side effects. In flight, the pilot should overcome the side effects caused by the propeller basing on a variety of operational needs, in order to ensure the aircraft has normal flight. In this paper, firstly there is a brief introducing the propeller structure and principle of work. Then I talk about four kinds of side effects of the propeller mainly. They are reaction torque, slipstream effect, the precession effect and asymmetric loads. This article explains the causes and the results of the side effects fundamentally. Finally some corrective measures and training experience of DA42 propeller aircraft are shared. I hope this will be helpful for the pilot students. Key Words: Propeller; Principles of work; Side effect
螺旋桨分析
漓江旅游客船动力装置轴系及螺旋桨分析 □南宁船检处阮晓宁 摘要：分析漓江旅游客船轴系及螺旋桨的工作环境并推导了相关计算公式，对认识和执行规范有一定的参考意义。 关键词：船舶轴系螺旋桨分析 船舶传动装置轴系的功能是将主机的扭矩传递给推进器（漓江船舶均采用螺旋桨），同时又将螺旋桨产生的推力传递给船体以推动船舶前进。 轴系受力十分复杂，除主要承受扭矩和推力外，还承受有弯曲应力，交变应力和振动应力。由于轴系的损坏将引起严重事故，故对轴系尺寸的计算和材料的选用，在《钢质内河船舶入级与建造规范》（2002）（以下简称规范）中都有明确的规定。为从实际出发，使计算简单，应用方便和保证安全，国内外的海、河船舶规范对轴系所采用的计算式，多以主要承受扭矩作用，对自身重量所引起的弯矩可忽略不计的中间轴径计算为基础。尾轴、推力轴轴径则根据其受力分析的前提下，以中间轴径乘以一个大于1的系数（考虑弯曲应力、交变应力、振动应力）所得之值。 漓江旅游客船受航道条件限制，船舶主尺度较小，且多为尾机型，其轴均为整根式轴系，其计算系按船舶规范规定。 1 轴直径 设轴主要承受扭矩，并将其分解为平均扭矩Mp和变动扭矩Mb（含螺旋桨引起的弯矩及其应力，振动时的振动应力、应变应力），则轴系所受到的合成扭矩M为：
M=Mp+Mb 令（ε为变动扭矩系数） 则 根据理论力学，轴系在力偶矩M作用下，单位时间内所作的功Ne为： （其中ω为角速度） N·mm 根据材料力学 [η]为许用切应力 W为抗扭剖面模数 根据材料力学，材料许用应力的大小与材料、构造、尺寸、制造和载荷性质有关。由于轴系受力复杂的不确定性，轴系持久地承受扭转交变应力作用。据有关资料表明，对低碳钢δb≤490 N/mm2时，其持续扭转极限η≤137 N/mm2，并计入安全系数k＝1.3后，取
振动测试和分析技术综述
振动测试和分析技术综述 黄盼 （西华大学，成都四川 610039） 摘要:振动测试和分析对结构和系统动态特性分析及其故障诊断是一种有效的手段。综述了当前振动测试和分析技术，包括振动测试与信号分析的国内外发展概况、振动信号数据采集技术、振动测试技术、以及振动测试与信号分析的工程应用，最后对振动测试与分析技术的未来发展方向进行了展望。 关键词:振动测试; 信号分析; 动态特性; 综述 Summary of Vibration Testing and Analysis HuangPan ( Xihua University，Chengdu 610039，China) Abstract: Vibration testing and analysis is an effective tool in analyzing structure and system dynamic characteristic and detecting the failures of structures,systems and facilities. The present paper reviews the current vibration testing and analysis techniques，including the development of vibration measurement and analysis of domestic and foreign，vibration signal data acquisition,vibration testing technology ,vibration measurement and analysis in engineering application. Finally,the future development in the field of vibration testing and analysis is predicted. Key words: vibration testing; signal analysis; dynamic characteristic;overview
发动机振动特性分析与试验(精)
发动机振动特性分析与试验(精)
发动机振动特性分析与试验 作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业
完善的项目前期工作 预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH 性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激2. 动力总成模态压缩
缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、
螺旋桨工作原理
螺旋桨 科技名词定义 中文名称：螺旋桨 英文名称：propeller;screw propeller 定义1：靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力的装置。 所属学科：航空科技（一级学科）；航空器（二级学科） 定义2：有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。 所属学科：水产学（一级学科）；渔业船舶及渔业机械（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 螺旋桨结构图 螺旋桨是指靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力的装置或有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船等。 目录 古代的螺旋桨
船用螺旋桨的发展 船用螺旋桨的诞生 螺旋桨轮船和明轮船的比赛 近代船用螺旋桨的发展 船用螺旋桨的功率计算 船用螺旋桨的工作原理 船用螺旋桨几何参数 古代的螺旋桨 船用螺旋桨的发展 船用螺旋桨的诞生 螺旋桨轮船和明轮船的比赛 近代船用螺旋桨的发展 船用螺旋桨的功率计算 船用螺旋桨的工作原理 船用螺旋桨几何参数 ?空气螺旋桨拉力在飞行中的变化 ?空气螺旋桨的自转 ?空气螺旋桨的有效功率 ?空气螺旋桨 ?螺旋桨之祖——竹蜻蜓 展开 编辑本段 古代的螺旋桨 1、古代的车轮，即欧洲所谓“桨轮”，配合蒸汽机，将原来桨轮的一列直叶板斜装于一个转毂上。构成了螺旋桨的雏型； 2、古代的风车，随风转动可以输出扭矩，反之，在水中，输入扭矩转动风车，水中风车就有可能推动船运动； 3、在当时，已经使用了好几个世纪的阿基米德螺旋泵，它能在水平或垂直方向
飞机振动特性仿真要素分析
飞机振动特性仿真要素分析 杨越明胡进海许毛跃 （空军航空大学 长春 130022） 摘要飞机在飞行活动中普遍存在着振动，他不仅影响飞机的结构，而且对飞行人员的心理、生理和病理等方面都产生较大的影响。本文从飞机振动的基本概念、类型、物理参数着手，分 析飞机内部、外部振动源，振动环境对飞行人员的心理、生理和病理等方面的影响。对仿真要 素进行分析，提供可模拟的数学模型；并可进一步制订仿真器的规范。 关键词振动飞机振动振动环境人体振动效应工效 现代航空器、航天器在飞行活动中普遍存在着振动，他不仅影响着飞行器的结构，而且对飞行人员的生理、心理和病理等方面都产生一定的影响，是不可忽视的。 在飞行仿真中，目前主要是针对飞行器的飞行环境、飞行参数、飞行性能做模拟，而对座舱环境中的振动，即人体振动环境没有进行模拟。可以说，总体上对飞行活动没有真实的再现。为此，应对座舱的真实环境进行分析。 1 飞行器振动概述 1.1 振动的基本概念 所谓振动是系统的运动量值相对于某一平均值随时间变化的运动。只要系统具有惯性作用（如质量）和恢复力（如稳定力）就可能产生振动。对于飞行器而言，主要是由飞行器内部（如动力源）和外部（如气动力）原因使振动源相互作用产生。 飞行器的振动是指飞行中人体所接触的振动环境，包括身体与其支撑表面之间的界面振动、显示器和手控器的振动等，而不是泛指飞行器的所有振动环境。人体所承受的振动条件，称为人体全身振动环境，所呈现的振动特性也应该是仿真的要素。 1.2 飞行器振动概述 1.2.1 振动类型 在机械结构系统中常见的振动包括确定性振动（简谐、周期、稳定、瞬态、自由、强迫、自激等）和随机振动。振动问题就是研究激励（输入）、响应（输出）和系统动态特性三者之间的关系。 确定性振动最简单的形式就是正弦振动，在理论上具有单线谱。但在实际飞行中，往往存在着复合谐波的周期振动，特点是具有分离的多线谱。随机振动特点是运动能量呈连续分布，具有连续谱；他是航空活动中的主要振动形式。
发动机振动特性分析与试验
发动机振动特性分析与试验 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE 工作的重 要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟 样机进行NVH 试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH 水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH 性能进行分析甚至优化显得十分重要。众所周知，发动机NVH 是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声 的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。发动机结构振动分析方法简介图1 发动机结构振动分析方法 如图1 所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤：1. 动力总成FE 建模及模态校核建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。 2. 动力总成模态压缩缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体