场致发射电推力器羽流分布特性仿真

场致发射电推力器（FEEP）是微型电推进装置的典型代表。为深入理解结构参数对推力器性能的影响机制,本文采用PIC粒子模拟方法进行泰勒锥射流纳米尺度结构至宏观毫米尺度结构的羽流场仿真,并分析结构参数变化导致的羽流形貌差异及其对推力器性能参数的影响。研究结果表明：发射极高度是决定推力器束流是否会分叉的关键参数,低于300μm的发射极高度易于导致束流分叉并严重影响推力器性能和寿命;引出栅极槽宽是决定束流发散角和推力比冲性能的关键参数,其影响幅值可达30%～50%,羽流发散角随槽宽增加而增大,推力比冲随之减小;发射极-引出栅极间距对推力器性能影响相对较小,可在较大范围内支持推力器稳定高效工作。根据FEEP推力器性能随结构参数的变化规律,建议结构参数取值范围为：发射极高度500～1000μm,引出栅极槽宽2000μm左右,发射极-引出栅极间距360～1300μm。     

基于正交试验的柔性联轴器设计灵敏度分析与优化研究

柔性联轴器是某型涡轮热电转换系统的核心部件,对转子动力学特性和工作可靠性有重要影响.本文针对闭式循环热电转换柔性联轴器的结构优化设计问题,开展转子固有频率与临界转速分析,设计柔性联轴器的正交试验,建立转子固有频率同柔性联轴器尺寸参数之间的数学关系;研究转子固有频率随柔性联轴器尺寸参数的变化规律,进行柔性联轴器尺寸参数灵...     

基于正交试验设计的进化算法初始种群生成法

针对进化算法求解多元优化问题时搜索空间较大、易陷入局部最优解等问题,提出了基于正交试验设计的进化算法初始种群生成法。采用正交试验设计思想,以搜索空间维数为因素,维数上分割的节点为水平,在满足约束条件的样本点邻域δ范围内按一定比例选择适应度较优个体,组合生成初始种群。与常规随机生成种群法对比,初始种群正交生成法在搜索空间内进行了大范围的拉网巡查,解决了初始种群生成较为盲目的问题,保证了种群的多样性,加快了算法的收敛速度,为更优初始种群个体的生成提供了保证。     

基于正交试验设计的空心叶片结构优化设计

提出了描述空心风扇叶片几何特征的结构设计参数,并由此建立了空心叶片有限元分析模型,同时为适应优化设计的迭代过程,发展了一种能够自动更新空心叶片结构高质量有限元网格的方法.在对简化的设计变量进行合理假设和离散的基础上,将基于强度约束和质量最小化为目标的优化设计问题转化为寻求无约束多目标优化问题,并通过多轮数值正交试验设计...     

基于正交试验法的刷式封严泄漏特性数值研究

为了研究刷式封严的泄漏特性,针对刷环外径Do,刷环内径Di,刷丝直径d,刷丝排列角度β,刷束厚度B,后挡板保护高度HF以及上下游压差Δp,环境温度T和转子转速N等9个影响刷式封严泄漏特性的主要参数,依据正交试验原理设计了32个封严结构模型,对零间隙配合时各参数对泄漏特性的影响进行了数值研究。研究结果表明:在给定的参数范围内,上述参数对刷式封严泄漏量的影响程度有明显区别,其影响程度由主到次的顺序为:Δp→Di→Do→B→d→HF→β→T→N。根据以上正交试验结果可以推断泄漏量最小的刷式封严结构,并用数值计算证明了其泄漏量最小。     

基于正交试验法的机翼壁板桁条端部疲劳特性分析

采用正交仿真试验法分析了整体壁板长桁端部斜削结构的斜削角、斜削角底部圆角半径、腹板根部圆角半径三个关键几何参数对细节应力集中系数的影响程度,并确定了影响该处细节疲劳性能的主要几何因素。开展了三长桁整体壁板疲劳试验,得到了长桁端部斜削结构的破坏寿命。采用细节疲劳额定值(DFR)法和名义应力法分别计算了该种结构细节的疲劳寿命。计算结果与三长桁整体壁板疲劳试验结果相比,疲劳危险部位一致,计算结果与试验结果吻合较好,且DFR方法预测结果更接近试验结果。     

基于响应面法的X型桁架阵列通道冷却性能优化

基于数值结果构建了有关X型桁架通道壁面平均努塞尔数、摩擦因数和综合热力系数的2阶响应面模型，分析了桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角等对X型桁架通道冷却性能的影响规律，并优化得到了最佳参数。结果表明：增大桁架杆直径比和桁架杆夹角均可以快速地提高平均努塞尔数，但也相应地增大了摩擦因数；增大桁架杆倾角先提高后又降低了平均努塞尔数和摩擦因数；增大桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角均会使综合热力系数先增大后减小。当桁架杆直径比为0.075 0、桁架杆夹角为60°和桁架杆倾角为33.79°时通道的传热性能最优；当桁架杆直径比为0.067、桁架杆夹角为37.88°和桁架杆倾角为31.36°时通道的综合热力性能最优。     

基于正交试验设计方法的短舱涡流片空间位置优选

以四台翼吊发动机运输机为研究对象,基于正交试验设计,通过N-S方程进行全机流场数值计算,研究了短舱涡流片的周向角、安装角和弦向位置对全机低速气动性能的影响,并优选出了最佳空间位置。研究结果表明:短舱涡流片诱导的空间涡能有效抑制上翼面的流动分离,从而延缓失速,提升增升装置效率;短舱涡流片弦向位置对气动性能改善的贡献率最大,其次是安装角,周向角的贡献率最小;正交试验中最佳空间位置的短舱涡流片可使飞机最大升力系数提高4.53%,失速迎角增加2.8°。     

基于正交试验法的7055T7751铝合金时效蠕变性能研究

基于正交试验方法设计了7055T7751铝合金的单向拉伸时效蠕变试验,应用正交多项式回归方法对试验结果进行分析,得到了7055T7751铝合金经时效蠕变后的屈服强度与预应力、时效温度和时效时间的经验公式,并分析了上述3个工艺参数对7055T7751铝合金经蠕变后的屈服强度的影响规律.     

基于正交试验的民用飞机抗爆结构参数敏感性分析

最小风险炸弹位置（LRBL）结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL 结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运用极差分析法和方差分析法对LRBL 结构的罐体壁厚、底盖厚度、连接凸台厚度、剪切销直径和炸药位置5 个影响因素开展参数敏感性分析。结果表明：在200 g 炸药当量的工况下,各因素对LRBL 结构的抗爆性能的影响显著程度从大到小为：炸药位置、罐体壁厚、底盖厚度、凸台厚度和剪切销直径;结合评价指标综合分析得到各个因素最优水平下的LRBL 结构设计方案。     

基于正交试验原理的钛合金环形气瓶超塑性成形过程的数值模拟

运用刚(粘)塑性有限元方法和正交试验原理对钛合金环形气瓶的超塑性成形过程进行了数值模拟,分析了变形过程中板料的厚度、摩擦系数和环形毛坯的内外径尺寸等对成形件壁厚分布的影响规律,从而揭示了钛合金板材在气胀过程中的超塑性流变规律。基于对有限元数值模拟结果的分析,探索了钛合金环形气瓶超塑性成形过程中典型缺陷的形成机理,并给出了相应的消除缺陷的技术方案,通过有限元模拟和与实际情况的对比,证明了所提技术方案的可行性。     

基于正交试验的TC4钛合金激光成形连接工艺参数优化

为减少TC4钛合金激光成形连接件连接区缺陷,提高连接件连接质量,采用正交试验法对TC4钛合金激光成形连接工艺参数进行优化,以抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和内部缺陷等为综合评定指标,根据数理统计原理分析各工艺参数对连接质量的影响程度,为后续成形连接试验件力学性能研究提供近优工艺参数。优化结果表明,线能量密度0.5W·min/mm~2、坡口角度70°、扫描路径+60°～–30°为近优工艺参数,且各参数中线能量密度对连接试验件的拉伸性能影响显著。利用优化后的工艺参数进行试验,可获得满足国家标准的连接件,研究表明该方法可为合理选择成形连接工艺参数和保证连接质量提供参考依据。     

基于交互正交试验的空间用谐波减速器传动性能影响因素研究

 针对空间用谐波减速器的传动性能受多种因素影响且这些因素又相互作用的实际情况,选用XB1-60-150型谐波减速器,采用交互正交试验方法,进行了谐波减速器传动性能热真空试验,考察了转速、环境温度、负载扭矩和润滑方式等因素及其耦合作用对谐波减速器传动效率的影响.通过极差分析和方差分析研究了各因素及其耦合作用对传动效率的影响敏感性,两种分析方法得到的试验结果一致.结果表明,在置信度p=99%时,转速和环境温度对谐波减速器传动性能有显著影响,且负载扭矩与润滑方式之间的交互作用高度显著;交互作用分析获得了谐波减速器最佳的空间使用条件,在该条件下谐波减速器的传动性能最优.     

利用试验设计法建立翼型气动特性的人工神经网络模型

建立了翼型气动特性预测的BP(Back Propagation)神经网络模型,重点研究了3种选取训练样本的试验设计(DOE)法:完全析因法、正交设计法和均匀设计法,对BP神经网络预测精度的影响,利用所建立的BP神经网络对FX63-137翼型几何型线进行了优化设计。研究结果表明:在因素数和水平数较少时,完全析因法、正交设计法及均匀设计法的平均测试误差分别为0.002%、0.029%、0.023%;在因素和水平数较多时,完全析因法的样本规模太大而不再适合,正交设计法和均匀设计法的平均测试误差分别为0.42%和0.15%,均匀设计法的预测精度更高,更适合于翼型气动特性预测的人工神经网络模型。优化后翼型的升阻比在迎角为0°~18°范围内均高于原始翼型,在迎角为1°、4°和15°时升阻比分别提高了4.38%、1.38%和5.51%。该研究方法及成果可以应用于翼型的多参数优化设计。     

基于试验设计及支持向量机的向心叶轮结构优化设计方法

针对向心叶轮结构优化设计耗时长的难点,研究并采用了2类关键技术:其一是利用试验设计技术从大量的轮盘结构尺寸中挑选出重要尺寸作为优化设计变量,以减小优化问题规模;其二是利用支持向量机技术建立向心叶轮强度及振动分析的代理模型,以缩短分析时间.在以上研究工作的基础上建立了1种快速高效的向心叶轮结构优化设计方法.随后的1个算例表明:优化后的叶轮寿命提高4倍,优化设计时间为传统方法的1/27,具有良好的工程应用前景.      

基于试验设计的无人机火箭助推起飞参数敏感性分析与优化

针对火箭助推起飞参数敏感性分析和优化问题,提出了田口法结合响应曲面法的试验设计(DOE)分析方法。首先,基于田口法生成正交试验表,仿真计算各试验样本下助推火箭脱落时无人机的离地高度、速度、俯仰角和俯仰角速度等响应变量,通过极差分析确定各起飞参数敏感性和重要度排序。然后,基于响应曲面法建立回归数学模型,给出起飞参数多目标组合优化和允许误差边界预测结果。最后,通过试飞验证了该方法的合理性和可行性。所提方法可为无人机火箭助推起飞参数敏感性分析和优化提供参考。     

基于SN比试验设计法的磨削条件优化及表面粗糙度预测

通过SN比试验设计法,就各因素对磨削表面粗糙度的影响规律加以分析,并寻求能够获得最小表面粗糙度的最佳加工条件,同时提出预测表面粗糙度的方法,并通过实验加以验证。