航空发动机振动监测与故障诊断技术研究进展

航空发动机汇集各领域高精尖技术,是国家科技、工业和国防实力的综合体现。复杂结构与恶劣服役环境致使其故障频发,发动机故障诊断与健康管理技术成为保障其安全、可靠运行的重要支撑。由于振动类故障是航空发动机的主要故障模式,本文从整机振动监测与故障诊断的系统研制与应用、理论研究现状及发展方向3个方面,对国内外现有航空发动机振动类故障诊断技术进行梳理、剖析,具体包括动力学分析、信号处理及深度学习等相关技术,分析航空发动机振动类故障诊断面临的问题与挑战,并归纳未来发展趋势。     

从F-135发动机技术特征展望军用航空发动机维修保障模式的发展趋势

根据公开资料分析了F-135发动机的技术性能和技术特征,据此提出了军用航空发动机维修保障模式三个方面的发展趋势。     

航空发动机数值缩放技术的研究进展

航空发动机整机和部件仿真是航空发动机设计与研究的常规手段,是短周期研制先进水平航空发动机的重要环节和手段。数值缩放技术可以将基于高精度模型求解的部件特性用于整机性能分析,在有限的计算资源下提高航空发动机整机仿真精度,是实现航空发动机整机和部件高精度仿真的关键技术之一。同时数值缩放技术可以使部件设计在航空发动机整机环境中得到快速、全面的评估与分析,提高航空发动机设计的可信度,降低开发成本与周期。梳理了国内外航空发动机数值仿真技术的发展趋势,回顾了数值缩放技术的发展及在实际研究中的应用情况,分析、总结了数值缩放技术的三种实现方法及现阶段数值缩放技术应用中存在的问题,提出了我国数值缩放技术发展需重点关注的方向。     

航空发动机整机振动控制技术分析

针对高性能航空发动机结构复杂性和高温高转速工况下动力学稳定性问题,提出了航空发动机转子动力学特性设计分析是振动控制技术的牵引,装配工艺控制技术是关键,振动试验测试技术是依赖手段的整机振动控制技术思路。总结了发动机结构动力学计算分析技术、结构装配工艺优化技术、整机振动测试技术以及多年在发动机试验和试车中遇到的振动故障特征分析经验,分析了目前发动机整机振动控制技术存在的问题,提出了未来工作发展的思路     

读来读往

<正>近年来,国家对航空发动机的投入不断增加,带动了行业的快速发展。中国在航空发动机的研制方面已经积累了丰富的经验,具备了相当的实力。未来,随着航空发动机重大专项的落地,航空发动机行业将进入高速发展的阶段。本期发动机专刊,为您解读国内外先进发动机的发展及其关键制造技术。本期中,专稿由南京航空航天大学张天宏教授讲述了航空发动机控制系统的实时仿真技术;封面文章介绍了DMG MORI航空发动机的先进解决方案;论坛探讨了航空发动机关键制造技术;"整体叶盘加工"、"机匣加工"、"叶片制造"专题从发动机的关键零部件出发,分析了航空发动机技术的发展及应用情况……     

先进表面再制造技术广泛应用于发动机再制造中

济南复强动力有限公司利用再制造技术,将进入大修期的发动机再制造成新的发动机,闯出一条机械行业发展循环经济、节约资源的新路。据介绍,再制造发动机的能源消耗只为制造发动机的一半,劳动价值为制造的2/3,而材料消耗仅为制造的20%。这种先进表面再制造技术是发动机再制造的基础。废旧机电产品的主要缺陷是零件表面失效,如腐蚀、摩擦磨损及疲劳裂纹等都是从零件表面开始的。表面失效是缩短产品寿命、增加维修经费的基础性因素。整机的损坏往往是其中部分零件损坏造成的,这些损坏的零件又往往是其中个别工作表面失效造成的。把易损零件的失…     

航空发动机对表面工程技术的需求

概述了表面工程技术在航空发动机技术进步,尤其是在提高航空发动机效率、使用寿命和可靠性,改善经济性等方面中的重要作用;对比分析了国内外航空发动机表面工程技术水平间的差距,并对国内的技术现状和问题进行了归纳,着重指出了制约表面工程技术在国内航空发动机领域工程应用的关键因素;最后结合国内航空发动机研制和未来发展需要,从设计角度提出了表面工程关键技术需求及发展建议。     

3D打印技术在航空发动机维修中的应用

简述了3D打印技术在解决航空发动维修的零备件采购、提升再制造能力、战场应急抢修中发挥的重要的作用,具体分析了航空发动机零部件3D打印技术体系及其在高压涡轮叶片维修中的应用。     

航空轴承技术现状与发展

航空轴承的技术水平和质量直接影响到航空发动机的工作性能,因此研制高可靠性的航空轴承对于保障航空装备性能和飞行员安全都尤为重要。简述国内外航空轴承技术的发展现状,从材料、设计、制造、试验、检测5个方面分析了国内外技术差距,并基于航空发动机高温、高载荷、高转速、长寿命与高可靠性的未来发展需求,提出了新材料应用、表面处理、结构设计与仿真、智能制造与检测、试验技术与评价、智能轴承技术等有待于解决和发展的航空轴承技术研究方向。     

航空发动机动力传输系统的技术发展思考

动力传输系统是航空发动机设计的重要组成部分。结合航空发动机动力传输系统技术的应用与研究,介绍了国外发动机动力传输系统的技术特点。结合中国发动机动力传输系统技术的实际,从动力传输系统的设计原理、系统组成部件和系统检测等几个方面对中国发动机动力传输系统的发展现状进行了分类描述和分析;指出了发动机动力传输系统存在的主要技术问题,同时阐述了未来航空发动机动力传输系统的技术发展方向。     

航空发动机气动声学设计的理论、模型和方法

根据对飞机噪声控制技术历史发展演化过程的总结分析，研究了民用航空发动机气动与声学一体化设计的目标、方法、流程、理论模型和发展趋势等。基于对航空发动机气动设计过程的分析，给出了航空发动机气动与声学一体化设计的流程和方法。分别从“发动机总体热力循环设计”“发动机部件通流设计”“发动机部件三维详细设计”等三个流程，介绍了航空发动机声学设计理论和技术国内外的发展情况，详细论述了发动机气动声学设计的理论、模型和方法，分析了目前航空发动机声学设计理论的主要问题及未来的研究重点，并以具体发动机设计实例分析了不同设计阶段航空发动机的气动与声学一体化设计方法思想。     

航空发动机多状态寿命控制策略与仿真研究

航空发动机寿命控制是航空装备维修保障工作的重要内容，针对当前航空发动机状态寿命多、使用控制策略单一、状态寿命消耗浪费严重等问题，利用多目标决策模型，分别考虑多种状态寿命消耗约束，提出基于航空发动机多状态寿命的控制策略；在利用Simio 3D 构建发动机使用流程仿真模型的基础上，将所提寿命控制策略进行注入，验证所提策略的合理性和可行性。研究结果能够为航空装备使用单位和维修人员制定发动机寿命控制策略提供技术支持和方法参考。     

核心机及其派生发动机发展的方法

核心机及其派生发动机发展的方法研究表明,可以通过增大空气流量和增大核心机的循环功来实现发动机推力增大,但需要在发动机设计中事先考虑工作转速、流通能力和叶轮机功率等储备。在核心机基础上进行发动机系列化发展,原则上可以采用保持高压压气机设计换算转速不变,或者保持最高燃气温度不变的技术措施,实际应用中上述两种方法都采用。因此,在核心机及基本发动机研制中,既要有燃气温度和转速的储备,又要有高压压气机性能的储备。但是,在核心机基础上研制大涵道比涡扇发动机和小涵道比加力涡扇发动机的技术途径是不同的。      

基于齿廓修形的锥齿轮再制造技术

锥齿轮是航空发动机传动系统中的重要组成部分,在使用过程中容易产生齿面磨损、齿面点蚀、齿面剥落、齿面胶合等故障。文中分析了锥齿轮故障原因及再制造可行性,构建了锥齿轮的再制造判别标准,制订了以齿廓修形技术为核心的锥齿轮再制造工艺方法。通过检测渗碳层深度、硬度,试验验证,齿轮装配检查,台架试车考核表明：再制造的锥齿轮渗碳层深度、显微硬度符合设计要求,齿轮啮合间隙、着色印痕以及试车后齿面金属印痕均符合技术要求,装机试用的锥齿轮传动平稳,啮合性能好,产生的振动和噪声小。再制造成本仅为新品的11.3%,节能效果为86%,节材78%,取得了显著的经济和社会效益,具有广阔的应用前景。     

航空发动机性能与二次空气系统的耦合仿真模型

提出了一种航空发动机整机全流域零维仿真方法。该方法采用模块化建模的思想，集成并实现了发动机过渡态总体性能模型与空气系统模型之间的动态数据交互和耦合求解，基于面向对象的技术开发了模块化的仿真程序，以某涡扇发动机的核心机为对象建立了仿真算例，模拟并分析了过渡过程中空气系统各引气、汇流支路的动态变化及其对发动机总体性能参数的影响。结果表明:发动机主流道与内流空气系统的动态交互作用虽然并不会显著影响发动机过渡过程总体性能参数，但却足以造成空气系统各局部支路显著的非均衡响应，这是现代高性能航空发动机精细化设计中不应忽略的因素。      

航空发动机虚拟自学习控制方法研究

随着人工智能技术的发展，智能航空发动机逐渐成为当今航空领域研究的热点。传统的航空发动机控制对发动机模型的依赖性过强，而基于发动机气热动力学公式的机理建模会引入较大的建模误差，给控制器设计带来困难。对此，提出一种基于强化学习的航空发动机控制虚拟自学习方法，首先利用航空发动机的试验数据通过LSTM 神经网络建立虚拟学习环境，然后采用深度强化学习TD3 算法，在虚拟环境中训练智能控制器，最后采用JT9D 发动机模型验证智能控制器的性能。结果表明：相比于传统PID 控制，智能控制器产生的超调量更小，调节时间更短。     

航空发动机的现状和发展

概述了现代航空发动机的特点,论述了第四代战斗机发动机F119的技术指标及其衍生的F135发动机的设计进展。给出了2020年前航空发动机IHPTET计划的部件设计水平、总技术指标和结构特点,预测了未来航空发动机的发展趋势。     

航空发动机典型材料超高周疲劳试验技术研究综述

航空发动机作为飞行器最关键、最核心的部位，长期服役于高温、高载等极端环境，疲劳失效是导致发动机结构破坏的主要原因之一。随着工业的发展，发动机材料的超高周疲劳问题日益凸显。本文总结了发动机典型材料超高周疲劳关注领域的研究现状，对当前超高周疲劳试验技术的应用情况进行了阐述，包括超高周轴向振动疲劳、弯曲振动疲劳、扭转振动疲劳、复合振动疲劳等试验加载技术以及温度控制技术、损伤监测技术，并对我国航空发动机典型材料超高周疲劳试验技术的发展做出展望。     

某型涡扇发动机进口温度畸变的稳定性评定试验技术研究

介绍了温度畸变发生器的组成及工作原理。通过开展某型涡扇发动机与温度畸变发生器的联合畸变试验,确定了发动机各工作状态下的临界热扰动值,获得了该型发动机的温度畸变敏感系数,建立了适用于工程实际的发动机温度畸变方法。试验证明,温度畸变发生器的建立是成功的,是全面开展发动机稳定性评定的有力工具,对我国制定航空发动机进口温度畸变规范有重要意义。      

民用航空动力技术风险评估的量化方法

通过层次分析法和质量功能展开,将用户对先进民用航空发动机的总需求逐层展开到具体技术并求得其权重,同时采用技术成熟度等级对各具体技术的风险水平进行量化,综合具体技术的权重和风险值计算得到整个发动机的总技术风险.该方法不仅可以评估整机系统,对其部件系统同样有效.以某型在研涡扇发动机的涡轮部件为例,应用该方法对其进行数值模拟,得到了定量的技术风险评估结果.