旋转机械的瞬时角速度波动量化及故障诊断

利用旋转机械的故障大多与转子有关、非转子部件的故障会直接或间接地对转子运动产生影响这一基本事实,把转子瞬时转波动作为旋转机械运行状况的表征,利用转子动力学、摩擦和磨损有关理论研究和认识故障机理,探讨各种邦联状况下转子瞬时转速波动的外在表现,为旋转机械的故障诊断提供了捷径。文中针对旋转机械在稳定工况下的瞬时转速在时域上存在无周期性波动,首次提出了衡量这种波动的“均匀性系数（ｕ）”的概念,从检测结果数     

飞机动态推出控制策略仿真优化模型

机场离港运行的无序化造成滑行过程中的长时间排队等待及大量燃油浪费。为了减少燃油消耗和废气排放,在已有的动态推出控制策略基础上提出了阶梯函数控制策略(Step function,SPC)和非线性函数动态推出策略(Nonlinear function,NPC)的一般形式,以离港成本为目标,建立了基于停机位等待惩罚的动态推出控制模型,在不延误的前提下提出了一种基于网格参数优化的蒙特卡洛仿真优化算法。通过北京首都机场实际运行数据对推出过程进行仿真计算,并与无控制策略以及传统N-control策略的最优可达解进行仿真对比,结果表明:在不延误的前提下,提出的推出策略可以更加有效地降低平均滑行道滑行时间,NPC策略的离港运行成本和燃油成本可降低45.52%和54.23%,SPC虽然成本节省劣于NPC策略,但是其简单的操作方式可以为离港推出调度方式的改进提供决策支持。     

扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。     

混合并联TBCC动力的冲压流道跨声速流动及阻力特性

为了探究跨声速飞行工况下混合并联涡轮基组合循环(Turbo based combine cycle,TBCC)动力的冲压流道在冷通气状态下的流动及阻力特性,构建了一个巡航马赫数为4.0、基于混合并联TBCC动力的高马赫数飞机模型,通过三维定常数值模拟方法研究了其在Ma_∞=0.7～1.6,H_∞=11 km飞行环境下飞机-发动机内/外流动及其耦合特征。计算结果表明：跨声速状态下,冲压进气道入口处气流增压后的静压达到了自由来流滞止压力的85%～90%,气流接近于滞止状态,说明组合进气道存在强烈的节流效应,且冲压通道的喉道是组合进气道节流效应的主要贡献者;冲压发动机尾喷管的排气流动同时受到飞机绕流及涡轮通道排气系统等多方面的干扰,且涡轮通道排气射流对冲压发动机尾喷管气流本身就存在膨胀压缩及排气引射等多种干扰机制。阻力分析表明,压差阻力系数高出内表面摩擦阻力系数2个数量级,是跨声速状态下冲压流道阻力的主要来源;亚声速状态下,进气道阻力占比达到了60%～80%,是冲压流道的主要阻力部件,而Ma_∞> 1.0超声速状态下,进气道阻...     

声振力学环境预示的FE-SEA混合方法研究

传统的有限元方法和统计能量分析能够较好地预示低频和高频的力学环境,但如果存在刚度悬殊过大的子系统时,上述方法均难以准确预示。FE-SEA混合方法兼顾了有限元与统计能量分析的优点,可针对子系统的不同特点分别应用有限元或统计能量分析技术进行建模,而后依据边界处直接场与混响场的互易性,将子系统重新整合,得出整体系统的响应。文中主要介绍了FE-SEA混合方法的基本理论,在对经典理论研究的基础上,完善了FE-SEA混合方法的功率平衡方程并得到复杂系统在各种连接状态下随机子系统间能量传输关系的完整表达式,使得该方法可适用于更为复杂的耦合系统,拓宽了其应用范围。     

超声速状态下航空发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制

为解决超声速状态下航空发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制的难题,基于改进卡尔曼滤波器,通过一种三维插值方法实现超声速状态包线范围内的发动机部件蜕化参数估计。而航空发动机性能恢复控制是在常规内环控制转速的基础上增加了外环控制回路,该回路主要包括推力估计模型与外环控制器两部分。基于最小二乘支持向量回归机设计了一种推力估计模型,其输入采用特征选择算法筛选推力估计模型的最优输入,相比于传统的不经选择的推力估计模型,精度有较大提高。设计了外环模糊PI（Proportional integral）控制器自适应调节内环转速指令来实现蜕化发动机性能恢复的目的。最后通过超声速状态下的数字仿真,验证了上述发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制方案的有效性。      

基于扇区负荷约束的管制移交间隔多目标优化模型

繁忙扇区的容量随着交通复杂性的改变而动态变化,现有的基于确定容量的管制移交间隔管理策略不再适用,且动态容量下频繁改变移交间隔也不利于空中管制指挥。本文首先通过将交通复杂性转化为管制工作负荷参数,解决移交间隔改变导致的容量动态变化问题,建立基于扇区负荷的容量流量匹配模型。其次设计管制移交间隔策略稳定性表征函数,提出以策略稳定性和延误成本为目标的管制移交策略优化模型和智能算法。最后基于昆明机场进近扇区实际数据进行仿真验证,证明本方法可以获得一组帕累托最优解,能够为流量管理部门发布管制移交策略以供决策支持。     

铁弹性稀土钽酸盐RETaO4陶瓷的热物理性质研究进展

工作温度是决定航空发动机、燃气轮机和高超声速飞行器发动机等大国重器的燃油利用效率和能量转换效率的关键因素。热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）材料主要应用于高温合金零部件表面隔热降温,以提高合金零部件的工作温度。当前使用的热障涂层材料氧化钇稳定氧化锆（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）存在热导率高、热膨胀系数失配和工作温度低等问题,无法满足应用需求,亟需开发新一代低热导、高工作温度和长寿命的热障涂层材料。稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、稀土硅酸盐、稀土铝酸盐和稀土铈酸盐等陶瓷材料存在断裂韧性不足、热膨胀系数低和高温相稳定性差等问题,无法取代YSZ成为新一代超高温热障涂层材料。铁弹性稀土钽酸盐RETaO₄（RE代表稀土元素）陶瓷具有独特的铁弹性相变增韧、低热导率、高热膨胀系数和低杨氏模量等特点,被作为下一代超高温热障涂层材料进行了广泛研究。本文总结了此类稀土钽酸盐陶瓷在热学、力学和结构等方面的研究进展,主要包括晶体结构、微观组织以及力学（硬度、模量和声速）和热学（热导率、热膨胀系数和高温相稳定性）性质等,探讨其作为下一代超高温热障涂层材料的可能性,为未来研究提供参考。     

全包线内航空发动机参数估计的神经网络实现

介绍一种特殊的前向神经网络——自联想神经网络（Ａｕｔｏａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｎｅｕｒａｌｎｅｔ－ｗｏｒｋｓ,ＡＡＮＮ）,然后将发动机参数在全包线、大范围工况下的变化规律与神经网络的非线性映射能力结合起来,开展了将ＡＡＮＮ应用于发动机全包线、大范围工况下参数估计的仿真研究。本文提出的选取测量矢量加入样本集的ＥＭＰ方法,有效地减少了样本集中样本矢量的数目,简化了网络的训练。用ＥＭＰ方法在全包线内仅用７４６组测量矢量作为样本集,在网络训练好后,任选包线内的一工况点作为算例运行发动机模型,所得各参数的稳态估计及动态估计的平均百分比误差＜０．５％。仿真结果表明,上述的参数估值方法是可行的,为进一步实现对发动机控制系统传感器的状态监视和故障诊断打下了基础。     

超高速电机电流源逆变器解耦控制优化策略研究

针对电流源逆变器（Current source inverter, CSI）超高速电机驱动系统控制对象阶数高、耦合强的特点,提出一种基于定子电流反馈有源阻尼的三闭环改进型解耦控制策略。首先,通过在Z域构建考虑控制延时的CSI超高速电机二阶系统等效模型,设计了复矢量解耦电流外环、前馈解耦电压内环构成的分级解耦驱动系统。其次,基于重构模型分析三闭环控制系统在全速域的稳定性,讨论了该解耦策略在高速工况下失稳与二阶系统谐振问题的相关性。本文将定子电流反馈有源阻尼引入电流环调节器,在解决高阶系统谐振问题的同时实现超高速电机在全速域的高性能稳定运行。最后搭建了550 000 (r?min-1)/110 W超高速永磁同步电机的CSI驱动平台,并进行相关仿真及实验验证,证明了所提改进策略的有效性和优越性。     

航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计

提出了一种结合多胞形鲁棒变增益控制综合技术和基于系统广义距离的调度策略的航空发动机全包线控制方法。利用雅克比线性化方法获得包线内多点的发动机线化模型,将这些点作为多胞形模型的顶点,并利用多胞形鲁棒变增益控制综合技术设计顶点控制器。引入能够反映系统广义距离的间隙度量来计算包线内其他点的凸分解系数,结合顶点控制器实现全包线内发动机中间状态高压转速控制。全包线内的仿真结果表明,采用该控制方法能够满足航空发动机中间状态控制要求,具有较好的鲁棒性和跟踪性能,同时保证了控制器在全包线范围的稳定性。     

新型的速度自适应观测器在直接转矩控制系统中的应用

实现高性能直接转矩控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的定子磁链。文中将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器，应用于直接转矩控制系统中，取代了传统的积分器，理论证明该系统是超稳定系统。仿真与实验表明，该方案电机磁链观测精度高，电机参数鲁棒性好，同时基于磁链观测器所设计的速度自适应辨识方案准确性好，收敛速度好，使系统在较低转速下仍能保持优良的性能。本系统针对1．1kW异步电机，采用数字信号处理器DSP（TMS320C32）进行了数字化实现，实时控制 软件是采用C语言和汇编语言混合编程实现的。     

应用于传感器网络覆盖问题的能量有效性启发式机制

提出了一种解决无线传感器网络覆盖问题的分布式启发式机制。该机制在节能前提下,得到优化的目标覆盖集合,以实现对目标监控区域的完全覆盖,并通过对其中重点目标集合的冗余覆盖来满足对重点目标集的可靠监控。同时,该目标覆盖集合与数据汇集点在通信结构上保持连通性。本文采用了改进的蚁群优化算法（最大最小蚁群混合算法）来实现上述启发式机制。通过构造新颖的启发式因子,人工蚂蚁能够由局域信息感知传感器网络的能量状况和覆盖能力,从而自适应地建立具备通信连通性的数据汇集路径。此外,将信息素浓度调节因子和评价函数引入了信息素更新规则的设计,使得蚁群在扩大搜索范围的基础上,提高了解的质量,且避免了求解过程陷入局部最优。算法的输出为能量有效的优化解集,具备较长生命周期,能够在保证与数据汇集点可靠连通的同时实现对目标区域的有效覆盖。     

内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述

活塞式内燃发动机是现代工业中应用最为广泛的动力机械装置。由于其内部燃料喷射、蒸发、燃烧等复杂的工作过程会对发动机的结构可靠性、能量利用效率和污染物生成产生极大影响,研究内部过程的物理机理并确定控制策略对于发动机的设计和改进具有重要的科学意义和实用价值。近年来,为更加深入理解发动机内部工作过程,研究人员广泛采用光学诊断试验技术来测量发动机缸内流动和燃烧特性。本文首先介绍了各类用于模拟发动机工作过程的试验台架（如定容燃烧弹、快速压缩机、光学发动机等）。在此基础上,分析了各类光学诊断技术的基本原理及其在发动机研究中的应用。光学诊断技术分为两类进行讨论,分别是基于传统光学的传统诊断技术（如纹影法、双色法等）和基于激光的先进诊断技术（如粒子图像测速法、激光诱导荧光法等）。光学诊断技术可在多尺度下测量缸内温度、物质浓度、液滴粒径等参数,为准确评估发动机喷油、蒸发、燃烧过程提供试验依据。更重要的是,光学诊断技术为更加深入理解高温高压环境下流动、燃烧的物理/化学机理提供了可能性,为开发高功率、高能效、低排放的先进发动机提供可靠的试验手段,同时为研究人员未来开展基础试验研究、更加深入地理解发动机工作过程提供指导。     

高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构设计优化（英文）

为满足直升机传动系统对复杂工况下齿轮轻量化设计的迫切需求,提出了一种高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构的设计优化方法。基于考虑应力约束的变密度法,对锥齿轮辐板进行了拓扑优化与重构,得到一种新颖的突破传统构型的高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构。在传统粒子群优化（Particle swarm optimization,PSO）算法的基础上,引入马尔可夫链和进化因子,自适应地选择跳变策略和延迟信息,进而发展了智能先进的时滞跳变粒子群优化（Switching delayed PSO,SDPSO）算法,并将其应用于斜向支柱锥齿轮辐板结构的尺寸优化。优化后,锥齿轮辐板质量共减小了19.24%,所有工况的最大von Mises应力共减小了7.27%,各工况应力分布更加均匀,证明了所设计的锥齿轮辐板的结构优势和所提出的设计优化方法的先进性。     

基于数字孪生的航班链延误动态预测模型

针对复杂多变的航班运行环境，提出一种基于数字孪生的航班链延误动态预测模型，以改善传统预测方法的精度及自适应性。模型基于数字孪生航班链系统构建，采用滑动窗口下的多通道特征建模完成单元级航班延误预测，并提出一种混合优化策略进行模型参数的动态优化，最后通过孪生数据驱动的链式分析方法实现了全航班链的延误分析与修正。采用国内航班数据进行实验，得到在各个窗口下的航班延误平均绝对误差（Mean absolute error, MAE）为11.79 min，低于其他基线模型和静态模型；且引入孪生数据驱动分析和修正后，紧随其后的航班预测误差比此前进一步降低了6.44%。结果表明，模型有利于数字孪生航班链系统实现虚实交互，并具有优良的预测精度和自适应性。     

能量有限元方法研究进展及其非平面波情况下的改进

能量有限元方法（EFEA）是一种改进的能量类方法,主要用于求解结构中高频的振动响应,可以解决传统能量类方法（如统计能量分析）无法兼顾结构局部质量、刚度、阻尼以及载荷等参数的空间分布,无法得到结构局部响应的问题。相对于有限元方法（FEA）,EFEA在中高频响应预示上一般具有更好的计算性能。考虑到EFEA在中高频以及声振耦合分析方面具有的潜在应用价值,本文从EFEA的基本假设、结果可靠性以及改进方法等方面系统介绍了EFEA方法及其研究进展,使用四边简支单板和耦合板对点载荷作用下的单板进行了参数研究,与FEA的结果对比表明,对于受到单点激励的板,通过直接场和混响场能量叠加的方法可以改善EFEA的结果。     

基于延误油耗优化的平行跑道运行方式

在比较现有平行跑道运行方式的基础上,制定了基于延误油耗优化原则的跑道选择策略。同时根据航班时刻表及起降间隔标准,建立了数学模型,提出了基于油耗优化原则的跑道选择和排序方法。算例表明该方法提高了混合运行方式下跑道的运行效率,减少了航空器的滑行时间和等待时间,降低了航空公司的运营成本。     

连续下降运行中的飞行冲突预测与解脱算法

针对连续下降运行（Continuous descent operation,CDO）中的航空器冲突预测与解脱策略问题,构建了四维航迹（Four-dimensional trajectory,4DT）预测模型,实现飞行冲突的准确预测;以燃油消耗量、冲突时长为优化目标,以航空器在连续下降运行时的飞机速度、下降轨迹角（Descent path angle,DPA）为优化变量,基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现飞行冲突解脱。最后以某终端区内多机CDO飞行为例进行冲突预测和解脱,分析了优化目标权重系数对空域内平均耗油量和优化变量影响。结果表明,给出的解脱算法可以实现终端空域内的多机无冲突连续下降运行。与优化前相比,20架飞机的平均耗油节约了11 kg/架,空域内飞机之间的飞行冲突累积时间从984 s减少到0,即消除了飞行冲突。研究结果有助于实现空域内多机无冲突连续下降运行,提高CDO在繁忙机场的实施率和运行效果。     

基于Berkovich压痕应变能量密度的钢材断裂韧性评价方法

为改善压痕法测试断裂韧性过程中测量标准不同和精度不足的问题,基于临界压痕能量（Critical indentation energy, CIE）法,提出了基于Berkovich压痕应变能量密度（Strain energy density, SED）评估钢材断裂韧性的方法。同时考虑弹性和塑性能量并修正临界总压深,评价了9种钢材的韧性。结果表明,发现仅考虑塑性能量所测量韧性的相对误差在5%～20%,而本文同时考虑弹性和塑性能量所测量韧性的相对误差在5%以内。同时,确定临界总压深的拟合范围需要避开材料近表面弹性模量上升的区域,改善了基于CIE法使用Berkovich压头评估钢材断裂韧性的精确度。