您正在浏览:主页 > 游戏新闻 > 【航空小课堂】钢筋铁骨是怎样炼成的？
作者：雷霆之怒公益服 来源：http://www.edmi.com.cn 时间：2020-06-12 03:51
追根溯源，一门学科只有扯上几位科学巨擘，才能显得足够高大上。转子动力学最早的祖师爷简直街知巷闻，就是那位在苹果树下发呆，以致发现万有引力大定律而引发了科学大爆炸的牛顿先生（牛人就是牛，哪儿都有你！）。还有那位在高数、理论力学、控制理论等数不清的天书上、在诸位工科生幼小的心灵里永远都无法抹去，并“深恶而痛绝之”的拉格朗日大师。
振动现象在生活中无处不在，而在工程领域，共振问题如果处理不好，完全可能导致巨大的灾难。1940年11月7日，美国860米长的塔科姆大桥在狂风中振动断裂，造成巨大的经济损失。尽管当时风速还不到设计风速极限值的三分之一，但共振能量却恰好超过了大桥的抗共振强度，导致共振损坏的发生。
在此之后的1869年，Rankine发表了题为《论旋转轴的离心力》的文章。1919年，H.H.Jeffcott通过对简单模型转子的研究，得到了转子在超临界转速下仍能稳定工作的结论，从此才真正开启了转子动力学的大时代。
荡秋千 图片源自网络
“谁家红袖过红桥，一丈秋千努折腰”，荡秋千绝对是人民群众喜闻乐见的一项娱乐活动。有经验的人都知道，秋千荡得越来越高是有技巧的：负责推的那个人一定不能乱使劲，向前荡得时候向前推，“每个周期内都给秋千一个正能量”。而且，这里面隐含着一个条件，基本上推一次的间隔时间与秋千的荡回来的间隔时间是一样的，用专业术语来说就是二者频率相同。
转子动平衡及工艺 图片源自网络
1、临界转速设计
前面给大家介绍了临界转速，发动机在过临界时，振动会比较大。如果长时间运行在临界转速附近，发动机的身体会受不了。就像你坐在车子里长时间行驶在极其颠簸的路上一样，肯定感到不舒服。
诸位看官或许已经被上述“说教式”的话语绕得云里雾里，急切地想知道“转子动力学”这么“高大上”的专业到底是何方神圣，以及它在航空发动机设计中所起到的作用到底如何？嘿嘿，这里就不卖关子了，且听鄙人娓娓道来。
3、动平衡技术
下面客官请听我娓娓道来。
第二条、需要设计合理的阻尼器帮助转子越过临界转速；
大桥共振灾难事件
转子系统振动对发动机及飞机的危害
SFD 是将轴承外环以一定间隙装入机匣上固定轴承的套筒中，在间隙中通以润滑系统中的压力滑油形成油膜。轴承的外传载荷通过油膜后再外传至机匣，其工作原理简单地可以看成是一般的液压减振器或缓冲器。轴承在转子不平衡力作用下，轴承外环沿不平衡力作用的方向移动并挤压油膜，在油膜反力的作用下，外环的移动受到阻碍，同时油膜吸收了外环大部分的振动能量，从而使传到机匣的振动大大降低。
三国演义里关云长过五关斩六将，其中在汜水关斩的那个守将叫卞喜，他使用的兵器是流星锤（估计比较菜）。为了让大家切身感受下，请大家脑洞大开，想象下自己是那个锤子，被铁链子一端栓住，一位彪形大汉抓住铁链子另一头，挥舞大腿粗的胳膊，把你整个人连同铁链子一起，绕着大汉转起来。你除了能感受到恐惧外，还能感受到一股力量把你往外拉，这股力量就是离心力。你越重，铁链越长，大汉转动得越快，你感受到的离心力也越大。
转子动力学是一门研究旋转机械动力学特性的学科。旋转机械是啥？现实生活中常见的车轱辘、电风扇、滚筒洗衣机，总是就是滚来滚去，转来转去的东西啦……。因此，转子动力学通俗的讲就是大师们吃饱饭闲着无聊，研究它们的运动所获得的规律。
拉格朗日大师 牛顿哥与苹果
某地面汽轮机的转子系统共振导致“机毁人亡”的惨状图片源自网络
都三条、振动还大记得进行转子动平衡。
如果将航空发动机拟化为一个人，涡轮、压气机、燃烧室等部件结构代表着发动机的骨骼与肌肉，燃油和空气代表着食物与血液，性能等代表着物理特征（力量、活力等），那么转子动力学设计就意味着发动机“形而上”的灵魂抑或精神的一部分。
由于转子系统过临界时振动大，需要增加外阻尼来进行控制，目前应用最广泛的是弹性支承和挤压油膜阻尼器（SFD，Squeeze Film Damper）。
发动机振动为啥这么重要？
这个力挺大的，还是周期性的，那么麻烦就来了。按照前面说到的，发动机作为一个结构系统也存在自己的固有频率，当不平衡力的频率，也就是转子转速，接近这个固有频率时，就会激起发动机的共振。所以呢，大家就把转子系统的共振频率称为临界转速。当转子系统越过临界转速的时候，由于振动过大，极有可能导致“机毁人亡”的灾难。
在国内，很少有总体强度这样一个概念，那总体强度是干什么的呢？其主要有三个方面：用洋文来说分别为Load, WEM and Rotor Dynamics。发动机行业内有句名言，载荷先行活看结构，这个载荷呢就是这里的Load；WEM作为一个洋小伙，其全称为Whole Engine Model，凡是和整机模型相关的各种任务都找他；最后一位就是本期的主角，RotorDynamics，转子动力学。
发动机转子动力学设计的优劣，直接影响着发动机整机振动的好坏与否。
是的，频率相同！每次都给正能量！
共振时系统会随时间增长振动量不停地增加
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