“涡轮增压”一词通常被通话用来描述提高的速度，例如“涡轮增压”咖啡，它比常规的乔更快地为您充满活力。实际的涡轮增压器也会提高速度，但在燃烧发动机而不是您的早晨杯子中。涡轮增压器通过涡轮驱动的强制诱导操作，并且通常依靠流体动力轴承进行支撑。但是，这些轴承自然包括跨性力，会导致负面阻尼和系统故障。使用旋转动力学建模，您可以分析这些力如何影响涡轮增压器设计。
什么是涡轮增压器？
涡轮增压器通过将额外的空气强加于发动机的燃烧室来提高燃烧发动机的效率和发电。这些设备通常用于我们的基本运输方式中，例如汽车（汽油动力和柴油）和摩托车，也可以在更大规模的应用中发现，例如火车，船只，飞机和航天器。
用于航空推进的涡轮增压器的切割景观。昆汀·施温（Quentin Schwinn）（NASA）和美国公共领域的图像通过Wikimedia Commons。
用于支撑发动机系统中涡轮增压器的流体动力轴承通常包括交叉耦合力，这些力在转子中引起负面阻尼。这增加了轴承故障的风险，实际上是整个系统的失败。当车辆发动机中的涡轮增压器发生故障时，可能会导致汽车着火。
为了设计成功运行的涡轮增压器，您可以使用该动力学分析旋转动力学模块，是结构力学模块和188金宝搏优惠comsolMultiphysics®软件。
2comsol®软件中涡轮增压器设计的研究188金宝搏优惠
用于此示例的简单涡轮增压器模型包括涡轮，压缩机和两个流体动力轴承：
RotorDynamics模块包含用于此建模方案的专门功能，这使您可以轻松地设置模型几何形状以及物理和研究设置。
涡轮增压器模型的两项旋转动力学研究。
教程模型包括两项研究：
- 特征频率分析
- 频率响应分析
这些研究的结果使您深入了解涡轮增压器的设计和操作条件，例如角速度和阻尼。
特征频率研究的结果
第一项研究计算以不同角速度的涡轮增压器的特征频率。一个值得注意的结果是对数减少，用于确定转子系统稳定性的值。如果对数减小为正，则将系统视为稳定。负值表示系统不稳定，而零值表示模式中没有阻尼。
涡轮增压器模型的对数减小图，没有（左）和（右）交叉耦合刚度。
涡轮增压器的对数减小在包括轴承的交叉耦合刚度项之后，大部分具有负值。这意味着在存在交叉耦合刚度的情况下稳定的振动模式变得不稳定 - 并且以测试速度操作涡轮增压器是危险的。
对数减小，因此可以通过对涡轮增压器设计进行某些添加来改善系统稳定性，例如：
- 倾斜垫轴承
- 浮子轴承
- 在转子中阻尼的材料
- 挤压胶片阻尼器
频率响应模拟结果
对于频率响应研究的结果，您可以生成瀑布表明转子频谱如何随不同角速度变化的图。同样，比较有或没有交叉耦合力的涡轮增压器的响应。
瀑布无（左）和（右）交叉耦合刚度的涡轮增压器模型的图。
如上图所示，由于涡轮增压器中涡轮机和压缩机的偏心率没有交叉耦合的刚度，因此许多模式被激发了，如上图所示。但是，对于涡轮增压器和刚度，并非所有模式都很兴奋。该结果意味着，由于涡轮机和压缩机的偏心率，在缺乏交叉耦合刚度的情况下，某些模式不再在刚度存在下激发。因此，在存在交叉耦合刚度的情况下，可能需要不同的负载组合才能激发这些模式。
下一步
尝试分析交叉耦合的轴承力如何影响涡轮增压器的操作：单击下面的按钮进入应用程序库，您可以在其中下载分步教程和随附的MPH文件。
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