基于非线性Wiener过程航空发动机性能退化预测

针对线性随机过程航空发动机剩余使用寿命预测精度不高的问题,提出一种漂移系数为指数形式的非线性Wiener过程发动机性能退化建模,进而预测航空发动机的剩余寿命。基于直接监测发动机性能退化数据,构建发动机性能退化模型,根据Wiener过程首达阈值时间的数学性质,推导出剩余寿命的概率分布。通过极大似然估计构建退化模型中未知参数的似然函数,利用遗传算法得到发动机总体模型参数的离线估计值。考虑到不同发动机个体间的差异性,采用贝叶斯公式,结合发动机的实时监测数据与总体模型参数的先验分布对模型中随机参数进行实时更新,从而对个体发动机的剩余寿命实时预测。最后,选择商用航空发动机仿真数据集(C-MAPSS)进行实验,结果表明：针对个体发动机基于非线性随机过程方法,实时更新非线性Wiener方法能够提高航空发动机循环中期剩余寿命预测的准确性,提供更加可靠的预防性维修决策。     

基于虚拟维修的民机可达性设计缺陷分析方法

民机研制过程中,可达性设计要求贯彻不到位,可能会导致飞机存在某些方面的设计缺陷,并在投入运营后不断暴露,影响维修经济性。随着虚拟现实技术和人工智能技术的不断发展,利用虚拟维修技术,通过构建逼真的虚拟环境来对虚拟样机进行维修性分析,能够在研制阶段开展维修性设计评价。由此从民机可达性设计的角度出发,综合考虑维修区域可达性、维修人员可达性、维修工具可达性、维修部件可达性、部件细部可达性五个方面,给出可达性分析结果判据,建立了可达性设计缺陷分析方法,实现研制过程中的可达性设计评价,及时找到设计缺陷并改进,提高飞机维修性。最后以某型飞机电源设备为对象,利用此方法开展了维修可达性分析,给出了应用实例,验证了此方法的可行性。     

电动伺服机构永磁同步电机的自抗扰控制

针对运载火箭电动伺服机构谐振频率过低,而传统陷波滤波器算法会降低系统的快速性问题,提出了一种基于自抗扰控制（ADRC）的微分前馈控制算法。在开环等效增益相近的情况下,比较了系统在传统PID控制和一阶ADRC控制方式下的阶跃响应和抗扰性能;对输入正弦指令的情况,比较了系统在比例+扩张状态观测器（ESO）和有限时间比例（FTP）+ESO这两种控制方式下有无输入微分前馈（IDF）的跟踪性能。仿真和实验结果均表明,在常规ADRC中引入IDF,可有效提高电动伺服机构对时变输入的跟踪精度。     

基于可编程逻辑控制器的超声电机测试系统设计

为了给工程技术人员提供易于操控的超声电机特性测试设备,设计了基于可编程逻辑控制器(PLC)的测试系统。根据超声电机常用的特性要求,利用力矩传感器输出的脉冲信号,通过PLC的高速输入口,用梯形图实现力矩和转速的采集和显示。通过可编程逻辑控制器配套的人机界面,实现了触摸屏对超声电机的测试进行操作。测试系统能够完成超声电机机械特性测试、超声电机自动加减载测试、超声电机带负载起动特性测试和超声电机手动测试等4种模式。通过试验对该系统进行验证,达到易于操作的要求。     

基于一维卷积神经网络和SoftMax分类器的风电机组行星齿轮箱故障检测

将卷积神经网络引入风机故障检测领域,设计了一种一维卷积神经网络的结构,并和SoftMax分类器相结合构造了一种双层智能诊断架构。一维卷积神经网络用于行星齿轮箱数据的特征提取,SoftMax分类器对提取的特征进行分类。与传统智能算法相比,该方法具有训练样本少,可直接使用原始数据训练网络;计算效率高,可以适应实时诊断的需要。试验结果证明,该方法可以有效地诊断出不同工况下的行星齿轮箱中的齿轮故障。     

鸟撞工况下HCA动态拓扑优化整级叶片的数值模拟

航空领域中飞机发动机在满足抗鸟撞性能的前提下,实现轻量化是关键问题之一。针对航空发动机冷端风扇叶片,基于HCA算法的动态拓扑优化方法对叶片实现进一步减重,为了验证该动态优化方法的有效性,建立了鸟撞航空发动机整级叶片冲击动力学有限元模型,模拟受气动与离心载荷作用下高速稳定旋转的发动机风扇叶片遭受鸟体撞击的瞬态响应过程。基于LS-DYNA软件平台,对考虑了鸟撞的多工况、多约束条件下叶片的动态优化结果与优化前叶片的多项动态响应指标进行了对比分析,证明了HCA动态拓扑优化方法比传统叶片轻量化方法更为优秀,在满足适航条例强度要求的同时可使叶片减重比达到37.9%,论证了在叶片轻量化设计上基于HCA算法的动态拓扑优化方法的可行性与优越性。     

管路组件可重构装配工装系统的定位器自动配置与性能分析

为解决航空航天管路组件的装配质量及效率问题,设计并实现了一套新型自动化可重构工装系统。为实现管路工装系统定位器的自动配置,首先基于D-H法建立了定位器的运动学模型,并以配置系统解析的管接头位姿参数为目标值求解出了定位器的配置参数,为管路工装模型的自动配置提供了数据依据。在此基础上,利用数值法求出了定位器的工作空间,并以工作空间的最大包络直径作为干涉圆直径提出了定位器的运动路径规划方法。然后,基于坐标变换理论和空间尺寸链方法,建立了定位器的定位误差模型,为定位器乃至整个管路工装系统的性能分析提供了理论依据。最后,以某航空发动机一套管路模型的自动配置和性能分析过程为例给出了应用验证。     

低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金的T78双级时效

采用拉伸和加速腐蚀试验,分别测试了预时效（180℃）+再时效（190、200、210℃）对一种低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金拉伸性能和晶间腐蚀的影响,结果表明,延长预时效和再时效时间或提高再时效温度,合金强度逐渐降低,同时,腐蚀类型按晶间腐蚀→均匀腐蚀→坑蚀顺序演化。其中,经预时效（180℃/2~8 h）+再时效（200℃/6 h或210℃/2 h）处理,合金抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为380~395 MPa、360~380 MPa和12%~15%,腐蚀类型为均匀腐蚀,实现强度与耐蚀性的良好配合。透射电镜观察表明,随着双级时效程度的增加,合金强度的降低源于基体β"相的减少及β'相和Q'相的增加;晶间腐蚀倾向的降低与晶界Q相大间距、断续分布有关;坑蚀的形成则与结晶Q相吸收周围析出相、形成基体无析出区有关。     

一种高阶精度大涡模拟技术用于激波/火焰相互作用

基于Smagorinsky亚格子模型和增厚火焰技术,开发了一种高阶精度的反应流大涡模拟求解器,运用于数值研究边界层对激波与火焰相互作用的影响。该求解器的核心在于加入了基于超黏性的激波捕捉技术和时空三阶精度的两步Taylor-Galerkin紧致（TTGC）有限元格式,并通过对一维Shu-Osher问题和二维激波/气泡相互作用问题的计算,验证了求解器对激波、接触间断和湍流脉动等流动细节的捕捉精度,计算结果与实验数据吻合良好。通过对激波管内激波、火焰与边界层相互作用问题的数值模拟,发现由于激波与边界层的相互作用会产生不稳定的激波分叉现象,激波三分叉点传播速度的发展经历了水平匀速运动、小斜率线性增长和大斜率迅速增长3个阶段,由此揭示了激波分叉促进火焰加速的机理。当火焰面传入激波分叉区后,流场不均匀的回流区起到了稳定火焰的作用,一方面分叉结构内火焰面能够为激波的运动持续地供应热量,另一方面局部超声速区域为火焰的快速传播提供动力,使其能紧跟激波。通过对比相同条件下甲烷和乙烯燃烧的数值结果,发现两者爆震点触发的位置都出现在马赫杆后面,热量释放率的变化趋势也大致相同,但乙烯出现爆震的时间比甲烷早。     

不同推力级高涵道比涡扇发动机结构与力学特征定量评估

针对不同推力级高涵道比涡扇发动机的结构设计与定量评估的需求,修正了弯曲刚度轴向分布系数和变形协调性参数的计算公式。对不同推力级的典型高涵道比涡扇发动机CFM56与GE90采用结构效率评估方法进行计算与对比,结果表明:GE90高压转子的弯曲刚度分散系数高出CFM56高压转子的17.7%,大尺寸发动机高压转子应当增强局部刚度;在承载能力设计中大尺寸发动机重点关注风扇处可能引起的转静件碰摩,小尺寸发动机重点关注间隙变化带来的气动效率损失;两台发动机低压转子的弯曲应变能系数均大于20%,对连接结构的设计应当避免应变能集中处;GE90转静间隙变化量范围[-4.5mm,2.3mm],明显高于CFM56的[-1.4mm,1.0mm];在不平衡量作用下,整机振动动力学响应及敏感度分析中,需同时关注不平衡量的大小和相位的影响。