基于光纤光栅与BP神经网络的孔边裂纹监测研究

含孔金属结构的孔边裂纹监测对于保障飞行安全,增强飞机结构可靠性具有重要意义。为实现对孔边裂纹扩展的监测,进行含有孔边角裂纹的含孔铝合金板疲劳加载试验,得到含孔铝合金板试验件的a-N 曲线以及孔边裂纹扩展过程中光纤光栅应变传感器中心波长偏移量;利用包络分析法、BP 神经网络等损伤识别算法对试验数据进行处理与分析;建立能够以光纤光栅应变传感器中心波长偏移量识别孔边裂纹扩展的监测模型,并通过试验对监测模型进行验证。结果表明：此监测模型可有效识别出孔边角裂纹的扩展与穿透,对孔边角裂纹扩展长度监测的准确度达到了97.2%,未来可应用于全机地面疲劳试验、飞机结构健康监测等多种场景。     

大型科学装置在航空发动机高温结构材料和涂层上的研究与应用

航空发动机用热端部件及其防护涂层具有密度高、结构复杂、服役环境恶劣、承受载荷复杂等特点,采用传统的分析测试方法对其进行损伤演变、质量评估和寿命预测研究存在极大挑战,无法满足航空发动机更高温度、更高速度、更高可靠性的需求。大型科学装置中的同步辐射技术和中子衍射技术具有高穿透性、高精度、高耦合度和高通量等特点,较传统检测技术更适用于未来航空航天领域高温结构材料的研发和测试,但上述两种技术在中国相关领域的基础研究和工程应用方面仍需进一步开展工作。本文着重介绍近年来国内外采用同步辐射和中子衍射技术进行航空发动机热端部件及其防护涂层基础科学研究与实际工程应用方面的进展与现状。     

热障涂层杨氏模量和泊松比的测试

为了降低航空发动机热端部件的温度,空气等离子喷涂已被广泛地应用。为确定热障涂层的残余应力、结合力、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等性能和特性,需要知道其杨氏模量和泊松比。因为涂层厚度非常薄且使用时是结合在基体上的,所以需要一个能够在原处测量涂层的杨氏模量和泊松比的方法。采用等离子喷涂工艺在GH150高温合金上喷涂了MCrAIY和陶瓷层,利用一种改进的悬臂梁方法测量了热障涂层的杨氏模量和泊松比。这种无损测试方法为测定其他薄膜材料的杨氏模量和泊松比提供了借鉴。     

基于云纹干涉与钻孔法的等离子热障涂层残余应力实验研究

应用云纹干涉法与钻孔法结合的光测力学实验方法,研究了等离子热障涂层基体材料镍基高温合金DZ125的残余应力。通过实验和计算获得了等离子喷涂工艺下基体DZ125的残余变形场、残余应变场和残余应力,并描述了其主要特征。结果表明,采用云纹干涉法与钻孔法结合测定热障涂层残余应力具有全场测量和高灵敏度等优点,这对于采用光学手段研究热障涂层残余应力有着积极的意义。     

基于神经网络的滚动轴承故障包络信号的自动识别方法

介绍了一种基于神经网络的滚动轴承故障包络信号的自动识别方法。将从包络信号的时域和频域信息中提取的反映滚动轴承故障的特征信息作为BP神经网络的输入,用BP算法对该网络进行训练。利用BP神经网络的智能性来实现滚动轴承故障的智能诊断。     

结冰飞机着陆阶段飞行安全包线确定及操纵应对策略

结冰会导致飞行安全包线收缩、严重威胁飞行安全,研究结冰后安全包线变化对于操纵应对策略设计及提高飞行安全具有重要意义。以美国国家航空航天局（NASA）的项目飞机GTM（Generic Transport Model）为研究对象,通过对飞机的气动参数进行多项式拟合,建立了结冰飞机纵向通道的动力学模型。为了得到能随结冰程度变化的安全包线,将可达性分析理论引入到对结冰飞机着陆过程的安全性分析。提出将正向可达集与反向可达集的交集作为飞行安全包线,其中可达集的确定是基于水平集方法求解哈密尔顿-雅克比方程的最优解。最后针对不同程度的结冰条件进行了操纵时域验证,并提出了相应的操纵控制策略。研究结果表明,轻度结冰对安全包线影响较小,整个着陆过程的飞行状态始终能在最优控制指导下保持在安全包线以内;但对于重度结冰,飞行安全包线收缩严重,常规操纵已经很难使飞机达到着陆要求,需要进行飞行状态改出处理。研究结果为指导飞行操纵及实时包线保护打下基础。     

材料特性对热障涂层合理压入深度的影响

基于有限元计算方法和量纲分析原理提出了热障涂层合理压入深度的确定方法,并研究了涂层及基体材料特性对合理压入深度的影响.首先,根据量纲分析原理提出了合理压入深度的无量纲表达式;其次基于锥形压头识别理想弹塑性材料的材料特性的方法,提出合理压入深度的确定方法;最后研究了各无量纲因素对合理压入深度的影响.研究发现基体的弹性模量对合理压入深度的影响最大,粘结层材料特性的影响较大,热氧化生成层的材料特性及基体的屈服极限对合理压入深度的影响不大.     

热载荷下热障涂层表面裂纹- 界面裂纹的相互作用

针对热障涂层在热循环载荷下陶瓷层表面和氧化层/黏结层界面形成裂纹而导致涂层失效的问题,采用扩展有限元和内聚力单元建立陶瓷层表面裂纹与氧化层/黏结层界面裂纹相互作用的有限元模型,得到不同裂纹附近应力分布和开裂程度,分析了这2种裂纹之间的相互影响,结果表明:表面裂纹对界面裂纹影响较大,而界面裂纹对表面裂纹影响较小;氧化层几何参数以及材料参数对2种裂纹演变的影响研究结果表明:氧化层正弦幅值和厚度主要影响界面裂纹,在热载荷下,氧化层越粗糙,界面裂纹扩展速度越快。黏结层弹性模量主要影响界面裂纹扩展程度,而陶瓷层弹性模量主要影响表面裂纹扩展程度,对界面裂纹间接地产生较大影响。     

基于 Fuent 的飞机机翼凝结云分析

基于普朗特-格劳厄脱凝结云现象的产生原理,并以西安地区冬季和夏季室外空气计算参数为飞行环境,分别在0.8,1.0和 1.2马赫数下,对 NACA0012 标准翼周围流场进行 CFD模拟。模拟结果显示3种马赫数下机翼周围均出现凝结云,并且夏季凝结云规模比冬季大。飞行中,机翼周围出现凝结云的现象,并不能表明飞机正在跨声速飞行:相同马赫数下,在含湿量较大的环境里凝结云的规模较大:相同室外空气状态下,飞行速度达到声速时,机翼凝结云规模达到最大。     

飞行包线内空气换热器能力边界研究及进展

掌握航空发动机用换热器在飞行包线内的换热极限;并拓展其能力边界;是推动航空发动机朝着更大推重比方向发展的关键举措。围绕冷却冷却空气技术对换热器设计的需求展开研究;首先;回顾了当前航空发动机中典型空气换热器的构型、具有应用前景的新型换热结构;其次;提出了飞行包线内换热器能力边界的分析与拓展方法;以保障航空发动机在复杂工况下的稳定与高效运行;并且给出了非均匀布置蛇形管换热器的能力边界范围;再次;回顾了现有换热器的性能评价方法;提出了航空发动机用换热器综合性能评价图;以实现换热器综合性能的快速评价;最后;对航空发动机用空气换热器的发展前景进行了展望。