Наиболее эффективным средством снижения общего уровня вибраций и динамических напряжений в узлах двигателя является применение опор с гидродинамическими демпферами. Они нашли широкое применение в конструкциях двигателей различных типов: от больших для транспортной и гражданской авиации (Д-36, SaM146, ПД-14), военных самолетов (РД-33, АЛ-31Ф, АЛ-41Ф) до малых для коммерческой авиации и беспилотных ЛА.
Теоретические основы
В DYNAMICS R4 используются как аналитические модели, полученные на одномерных решениях уравнения Рейнольдса, так и численные, использующие двухмерные уравнения Рейнольдса. Аналитические модели демпферов демонстрируют результаты близкие к численным, когда применяются в границах своих базовых допущений, при этом требуют гораздо меньше машинного времени на проведение вычислений. Так расчет с одномерной моделью демпфера (аналитическое решение) потребовал в среднем на два порядка меньше времени, чем расчет с двухмерной моделью демпфера (численное решение).
Границы применимости математических моделей можно определить, воспользовавшись таблицей 1.
Некоторые результаты аналитических и численных расчетов центрированного демпфера и нецентрированного демпфера можно увидеть на приложенных схемах.
В первом случае аналитические одномерные модели и численные двухмерные модели дают практически одинаковые результаты.
Важно отметить, что границы параметра L/D соответствуют демпферам без торцевых уплотнений, либо эквивалентным.
Особенности работы гидродинамических демпферов
- Если амплитуда орбиты прецессии ротора в демпфере очень большая, то жесткость масляной пленки может стать значительно выше жесткости упругого элемента.
- Если амплитуда орбиты прецессии составляет примерно половину зазора, то постановка упругого элемента центрирует демпфер и понижает коэффициент динамического усиления.
- Однонаправленное динамическое нагружение увеличивает коэффициент динамического усиления и вызывает появление субгармонического движения вследствие нелинейных эффектов.
- Для гидродинамических демпферов с упругим элементом может существовать некоторый уровень дисбалансов, при котором амплитуда вибраций может скачкообразно меняться от низкой к большой (“jump” феномен). При уменьшении скорости амплитуда может скачкообразно возрасти, при увеличении — возрасти. Этот феномен связан с практически скачкообразным изменением коэффициента передачи (динамического усиления) из-за нелинейных свойств демпфера.
- Включение гидродинамического демпфера в конструкцию опоры ротора в двигателе может привести к увеличению передаваемой динамической силы даже по сравнению с жесткими опорами, если демпфер работает в рабочем диапазоне частот, где частотное отношение W = w/wC < 1.4 . Эта область должна избегаться при проектировании демпфера.