气液两相流挤压油膜阻尼器/转子系统动力学特性研究

Squeeze film damper(SFD) is used to suppress the vibration in aeroengine rotor systems, the damping effect of SFD is influenced by many factors. Based on nonlinear dynamics, rotor dynamics and fluid mechanics, this project develops the data-driven identification method for squeeze film damper oil film coefficients based on deep learning theory, and investigates the gas-liquid two-phase rheological properties of squeeze film damper under extremely low oil supply pressure, reveals the oil film coefficients characteristic, and further studies the vibration damping characteristics of the two-phase flow squeeze film damper under complex based excitation conditions as well as the effect on the nonlinear dynamic behavior of the rotor system. Combining fluid mechanics and nonlinear dynamics research methods and promoting the development of related engineering applications, providing theoretical guidance for the engineering application of squeeze film dampers and the design of rotor systems. The theoretical research results are expected to be applied to the current major demand of the country - aviation engine manufacturing engineering.

挤压油膜阻尼器是航空发动机转子系统所采用的减振装置，其减振效果受到多种因素的影响，气液两相流是其中最复杂、最普遍且严重削弱其减振效果的因素。本项目立足于非线性动力学、转子动力学以及流体力学学科交叉应用基础研究，一方面基于深度学习理论发展数据驱动型挤压油膜阻尼器油膜参数识别方法，研究极低供油压力下挤压油膜阻尼器气液两相流变特性，揭示极低供油压力下两相流挤压油膜阻尼器的油膜参数特性，并进一步研究复杂基础激励条件下，两相流挤压油膜阻尼器的减振特性及其对转子系统非线性动力学行为的影响。将流体力学与非线性动力学论研究方法进行有机结合并推动相关工程应用的发展，为挤压油膜阻尼器的工程应用和转子系统的设计提供理论指导，期望将流体力学和非线性动力学的理论研究成果应用到国家当前的重大需求——航空发动机制造工程中。

挤压油膜阻尼器是航空发动机转子系统所采用的减振装置，其减振效果受到多种因素的影响，气液两相流是其中最复杂、最普遍且严重削弱其减振效果的因素。在基金的支持下，本项目研究了挤压油膜阻尼器的气液两相流现象及两相流体粘度、密度的流变效应，构建了数据驱动的挤压油膜阻尼器等效油膜参数识别方法，分析了两相流对转子系统动力学特性的影响，对系统振动突跳及系统的失稳机理。具体包括：1) 当供油压力较低时，阻尼器的等效油膜参数的模拟需根据不同气体体积分数下阻尼器油腔内的两相流动流型进行修正计算。当阻尼器处于断供油状态时，气液两相流动的流型呈周期性变化，阻尼器的等效油膜参数也表现出周期性变化的特点；2) 基于深度学习理论对挤压油膜阻尼器的油膜参数进行识别，构建了“端对端”的参数识别方法。使用了一个深度学习架构，根据数据采集问题和信息的数据采集。利用从深度网络中学习到的先进特征，利用损失函数和优化函数对SFD数据进行分类；3) 基于转子动力学理论，建立了挤压油膜阻尼器/转子系统动力学方程，结合实验所得等效粘度模型，分别使用数值和解析的方法分析了两相流对挤压油膜阻尼器转子系统动力学特性的影响。结果表明，两相流的存在使得转子系统在过临界转速时存在着倍周期分岔和准周期分岔，且存在着振动突跳的现象。气体体积分数越大，发生分岔的区域越宽，振动突跳越明显。在相轨线分析中发现，系统存在着3个平衡点，其中2个为稳定的焦点，1个为不稳定的鞍点。项目将流体力学与非线性动力学论研究方法进行有机结合并推动相关工程应用的发展，为挤压油膜阻尼器的工程应用和转子系统的设计提供理论指导，期望将流体力学和非线性动力学的理论研究成果应用到国家当前的重大需求——航空发动机制造工程中。