基于数字样机的民用飞机发动机安装位置确定方法研究

基于CATIA软件,以民用飞机发动机翼吊式安装布局为例,提出了通过建立飞机坐标系和发动机坐标系,确定发动机坐标系在飞机坐标系内的位置,从而确定发动机相对于飞机安装位置的方法,结合飞机和发动机的两种典型状态(巡航热态和地面冷态),介绍了发动机安装位置的表示方法和具体确定过程,为民用飞机发动机的集成安装设计提供参考。     

活塞式发动机安装架载荷与强度研究

为了拓展活塞式发动机安装架适航审定思路,对《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》(CCAR23-R3)、《航空发动机适航规定》(CCAR-33-R2)及甚轻型(AC-21-05)、超轻型(AC-21-06)飞机适航标准中规定的活塞式飞机发动机安装架设计要求进行分析,给出了活塞式发动机安装架结构设计载荷工况计算、强度分析和试验验证方法。结果表明:活塞式发动机安装架主要采用超静定多路传力桁架结构设计;活塞式发动机安装架正常载荷工况共11组;活塞式发动机安装架静强度分析主要考虑管材拉压弯剪及焊接接头与螺栓连接接头强度。     

金属橡胶减振器用于发动机安装减振的研究

 为减小发动机传递至飞机机身结构的振动,设计了金属橡胶减振器用于航空发动机安装。对该金属橡胶减振器进行了动力学建模研究,采用有限元技术对安装减振器前后的飞机全机结构进行了仿真分析,初步表明了该设计对结构频率影响较小,但能引入较大阻尼,降低响应水平。在理论分析基础上,进一步将设计制造的金属橡胶减振器安装于某型飞机,进行地面开车,实测了应用减振安装前后飞机的动力学响应。结果证明了发动机减振安装的可行性与有效性。     

航空发动机推力变化对飞机基本性能影响的敏感性分析

通过给定航空发动机非安装特性和飞机基本气动特性,建立了用于计算发动机安装推力和飞机基本飞行性能的数学模型,并进行了发动机推力变化对飞机基本飞行性能影响的敏感性分析。分析结果表明,发动机推力变化对飞机最小平飞马赫数影响的敏感度很小,对最大爬升率影响的敏感度较大,对飞机最大平飞马赫数和实用升限的影响由发动机的具体状态和推力变化趋势决定。     

基于改进蚁群算法航空电缆路径规划

针对航空电缆在布局空间安装中存在的可靠性差，效率低和成本高等问题，提出了一种基于改进蚁群算法的航空电缆布局路径规划优化方法。对布线安装空间进行栅格化处理，通过分析航空布线要求与约束条件，对待布线安装空间进行模拟真实环境建模，获得的建模空间用于航空电缆的二维布线路径优化。采用了向终点方向引导的转移规则，并增加转弯拐角惩罚因子，来改进启发函数，减少了路径搜索的盲目性，提高了规划路径平滑度；采用一种自适应调整方式的信息素挥发因子，提高算法的搜索效率和后期收敛速度；引入了遗传变异，避免算法陷入局部最优。在仿真实验中，将所提出的方法与其他算法进行了对比分析并表明：应用该算法优化后总体电缆的路径布局电缆路径明显减少、即电缆长度用量减少；拐点数明显减少、即电缆电器性能变好，能够提供航空发动机系统的稳定性。验证了该算法的可行性和有效性。     

航空发动机机匣五轴插铣加工

针对航空发动机机匣结构特征提出一种插铣粗加工轨迹生成算法,根据机匣零件结构进行加工区域划分,规划插铣走刀路径,插铣刀轴计算,加工干涉判断与处理,最终生成插铣加工轨迹。航空发动机是飞机的核心部件,而机匣是航空发动机的主要零件之一。目前航空发动机机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料;结构上以回转轮毂面为主体周向分布柱状岛屿凸台,零件最薄处仅2～3mm厚,属多岛屿复杂薄壁结构件,如图1所示。机匣铣削前的过渡     

转子叶片表面压力测量新技术——压敏漆技术

以前在航空发动机试验中,转子叶片表面压力测量都采用传感器,这种方法不够准确和完整。美国和欧洲等国现研究出一种新的压敏漆测量技术,它能避免传感器测量的不足,因而得到飞机和发动机制造商的认可,并用在发动机的试验测试中     

基于SVD卡尔曼滤波器的航空发动机参数估计

航空发动机推力估计所需要的健康参数较多,而安装的传感器数量相对较少。为解决二者之间的矛盾．运用奇异值分解算法,设计了基于该算法的降维卡尔曼滤波器,对用少量传感器发动机的健康参数进行最优估计,进而重构发动机的推力。数字仿真结果验证了其在航空发动机中应用的可能性。     

航空发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断

提出了基于执行机构模型和航空发动机逆模型的执行机构及其传感器单一故障诊断和定位方法.基于执行机构小闭环结构建立了3阶执行机构传递函数模型.基于两个并联的BP(back propagation)神经网络,建立了航空发动机稳态逆模块和动态补偿模块,形成航空发动机逆模型,以实现基于航空发动机输出的燃油流量估计.以执行机构模型输出和传感器输出之间的偏差为依据进行故障判别,以航空发动机逆模型输出和传感器输出偏差为依据对故障进行定位.以某型航空发动机及其燃油系统执行机构模型为对象进行的仿真,结果表明,该诊断系统可在航空发动机稳态、动态情况下准确地诊断出幅值在1.6%以上的执行机构及其传感器故障并进行定位,验证了所提出故障诊断方法的有效性.      

基于云关联度的航空发动机传感器、部件故障识别系统设计

针对灰色关联度方法用于发动机故障诊断精度低的问题,结合云理论和关联度分析方法,提出了云关联度方法,利用“云滴”能够反映映射的模糊性和随机性与整体“形状”变化分布这一特性,克服数据挖掘的模糊性和随机性问题,采用综合隶属度方法能够充分对数据进行挖掘,最终计算出云关联度.为了实现航空发动机传感器、部件单一故障的实时识别和诊断,在分析航空发动机传感器故障和部件故障特点的基础上,利用云关联度方法,设计了航空发动机传感器、部件故障的识别系统.仿真结果表明该方法不仅能够实时正确区分航空发动机传感器、部件故障,还能准确诊断出故障发生的传感器或者部件的位置,有效地改善了航空发动机故障诊断能力.      

航空发动机机匣内部油路压力损失试验与计算研究

为给航空发动机燃油泵和滑油泵的出口压力设计提供依据,采用试验测试和数值模拟研究了附件传动机匣内部复杂油路的压力损失。对发动机机匣内部变管径、变转折角等多种复杂油路在不同供油流量时的压力损失进行了试验测试,获得了典型结构油路的压力损失数据和变化规律;采用FLUENT软件对试验油路进行计算并与试验结果比较分析,获得了不同流动和几何参数条件下的复杂油路计算精度和计算方法的适用性结论。研究成果对航空发动机燃、滑油系统内部油路的设计具有工程指导意义。     

航空发动机辅助安装节吊耳结构优化及试验验证

安装节是航空发动机的关键件,若其失效将导致发动机从飞机上脱开的严重后果。基于安全性和可靠性考虑,同时不改变安装节整体外廓结构尺寸,对某型航空发动机的辅助安装节吊耳进行了结构优化设计。基于有限元应力分析以及静强度和疲劳寿命试验,对原结构和优化后的辅助安装节吊耳进行了对比,结果表明:其静强度和疲劳寿命均大幅提高,优化后的结构更合理。     

基于数字化管理系统的装配顺序规划方法

航空发动机结构复杂,装配序列规划是实现发动机的数字化装配管理的重要途径之一。采用结构树重构及人机协同规划方式的装配顺序规划方法,能够比较全面地反映发动机各零/组件间的装配关系和消耗数量;针对装配过程中出现约束的特点,采用人机协同规划策略,提高了发动机的装配效率以及装配规划自身的工程实用性。实践证明:该装配顺序规划方法能够满足生产要求,有利于物料合理配置流转,推动了发动机数字化管理系统的实际应用。     

航空发动机零件机加工艺信息管理系统研究与开发

针对航空发动机零件传统二维机加工艺设计中工艺信息管理困难和更改繁琐等问题,通过分析零件机械加工过程中工艺信息的特性,将机加工艺信息分为静态工艺信息和动态工艺信息两大类,提出并构建了航空发动机零件三维模式下机加工艺信息管理系统,阐述了机加工艺信息管理系统的体系架构和工作流程,研究实现了工艺资源库的创建和检索、基于XML的工艺信息集成和工艺规程可视化文件生成等关键技术,有效地提高了航空发动机零件机加工艺规程生成的效率和质量,缩短了航空发动机零件的研制周期。     

航空发动机全机推力试车台测力方法与校准技术

为了实现航空发动机全机推力测量,研制了一种航空发动机装机条件下的推力测量平台,该平台采用“品”字形布局,嵌入到地面的试验地坑以下,实现了对不同类型飞机的推力测量。介绍了测量系统以及校准方法,使用该测量平台,分别对某大型运输机和战斗机进行了推力测量试验,实现了该两型飞机的推力测量,测量精度高,由于进排气以及发动机安装位置的影响,全机推力测量平台所测得的发动机装机推力与台架标准推力相比存在一定差距,运输类飞机推力损失一般小于3%,战斗机损失达到了5%～15.1%之间。     

航空发动机机匣同轴度的测量与调整

为排除航空发动机振动故障,从某型航空发动机机匣同轴度检测原理入手,研究机匣同轴度的检测机理,针对机匣同轴度不合格故障提出调整与解决措施。制定出选配偏心环、机匣安装边位移铰孔及车削机匣安装边等多种故障修复方法,通过机匣位移铰孔、调整选配偏心环、增设自动化电动测具等改进措施,达到提高机匣同轴度测量精度,保证发动机装配质量要求。     

基于多项式平方和规划的涡扇发动机切换控制

针对航空发动机动态特性随飞行状态和飞行条件的变化范围大,单一控制器很难保证全包线内控制效果的问题,在航空发动机LPV模型基础上提出1种平滑过渡的切换控制方法。该方法根据发动机进口条件对飞行包线区域进行划分,按照多项式平方和规划理论以及平滑过渡切换律求取各子区域的Lyapunov函数及LPV控制器。在某型涡扇发动机上进行仿真验证,结果表明:所设计的切换LPV控制器在不同高度、马赫数和转速条件下均具有良好的性能和控制精度,可以实现平滑切换。     

闭式整体叶盘通道五坐标分行定轴加工刀轴矢量规划方法

闭式整体叶盘是新一代航空发动机实现减重增效的关键零件,其通道结构属于典型多约束复杂通道结构。针对闭式整体叶盘通道精加工,提出了一种基于五坐标分行定轴加工的刀轴矢量规划方法。从加工原理上给出了分行定轴加工方法的基本概念,并分析了闭式整体叶盘通道五坐标加工的特征;在刀具预定义和建立检查面球体包围盒层次树结构的基础上,给出了刀轴矢量无干涉区域的计算方法;基于刀位点最短刀长的计算与分析,进行了叶盘通道加工区域划分,建立了分行定轴加工刀轴矢量规划方法。实验验证表明:分行定轴相对五轴联动加工方法不仅可明显提高加工过程中的稳定性和叶片加工表面质量,还可提高叶片精加工效率。     

基于进气总压畸变指数的发动机实时监控

提出了一种基于进气总压畸变指数智能预测的发动机实时监控方法。在对进气总压畸变试验数据进行混沌特性分析的基础上,采用饱和嵌入维数作为支持向量机输入节点个数的选择,建立支持向量机预测模型,并将该模型应用于对发动机进气总压畸变指数的预测。结果表明,该模型可以对进气总压畸变指数随时间的变化规律做出有效预报,从而为进一步对发动机实施有效的、实时的监控提供有力的保障。     

虚拟装配技术在发动机漏油箱设计中的应用

以航空发动机漏油箱的改进设计为例，介绍了利用UG的特征和装配模块展开其成员组件的装配环境设计和修改工作，以便使其能够最大限度满足类似漏油箱一类具有修配性质的结构件的设计安装要求。通过示例可以看出，该设计方法对外部配置变化具有较主动的适应能力，从而能明显减少人工反复时产生的非一致错误。