基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析

采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。     

Identification of crystal orientation for turbine blades with anisotropy materials

A novel approach to identify the crystal orientation of turbine blades with anisotropy materials is proposed. Based on enhanced mode basis, with the main advantages of its efficiency, accuracy and general applicability, the blade vibration mode of each order is linearly constructed by several specified mode shapes, which are obtained from the considered turbine blade with specified crystal orientations correspondingly. Then, a surrogate model based on Kriging method is introduced for constructing the condensed perturbed matrix of stiffness in order to improve the efficiency even further. The constructed surrogate model allows to perform the modal analysis of turbine blades with arbitrary crystal orientations in higher efficiency, due to the fact that the elements of condensed perturbed matrix of stiffness are considered in construction of the surrogate model rather than concerning the perturbation of all the elements of the initial stiffness matrix for the blade. Genetic algorithm is finally employed to optimize the defined fitness functions in order to identify the crystal orientation angles of turbine blades. Several corresponding examples demonstrated the accuracy, efficiency and general applicability of the proposed method.     

考虑轴向力影响的三点接触球轴承刚度特性研究

为探究三点接触球轴承刚度特性,针对某型船用燃气轮机动力涡轮后支承使用的三点接触球轴承,在考虑轴向力影响的情况下,运用数值方法求解并分析了运行工况横向载荷和转速以及结构参数滚动体个数和垫片角对轴承刚度特性的影响规律。结果表明:轴向力对轴承的刚度影响显著,随着轴向力增大,轴承横向刚度减小,轴向刚度增大;横向刚度随横向力与滚动体个数增大而增大;轴向刚度随内圈转速、滚动体个数与垫片角增大而增大;轴向刚度对横向载荷影响不明显。     

耦合服役环境下高耐久性薄膜传感器裂纹监测

现有裂纹监测技术多存在耐久性差、虚警率高的问题。以物理气相沉积（PVD）薄膜传感器为研究对象,提出了提高其耐久性的方案,并检验了其在耦合服役环境下的监测性能。首先,选定了Cu作为使传感器耐久性最佳的导电传感层沉积材料,并采用离子镀氮化铝（AlN）薄膜和涂覆705硅胶对PVD薄膜传感器进行了封装保护;然后,综合考虑服役环境因素,编制加速环境谱,将经过封装的制备有薄膜传感器的试验件进行环境耦合加速试验;最后,对环境试验后的薄膜传感器开展疲劳裂纹监测试验,并将薄膜传感器监测结果与显微镜观察测量结果进行对比。试验结果表明：薄膜传感器能承受1 000 h严酷环境的考验,具有较高的耐久性和稳定性;环境试验后的薄膜传感器对裂纹变化敏感,PVD薄膜传感器的监测结果与基体裂纹扩展的实测信息相一致,PVD薄膜传感器的电位监测信号可以作为裂纹扩展状态和结构损伤程度的监测判据,PVD薄膜传感器可以实现对金属结构裂纹的定量监测,监测精度可达到1 mm。     

基于参数化轨迹的TAEM段在线制导方法

针对可重复使用运载器末端能量管理阶段的在线轨迹生成与制导问题,研究了一种基于参数化轨迹描述且不依赖在线积分推演与气动辨识的三维轨迹预测-校正制导算法。首先,设计了由动压上边界、下边界和最大能量边界构成的动压包线,由一个参数对包线内的动压剖面进行描述,采用离线计算的方式预先获得飞行航程随动压剖面参数、倾侧角和能量高度变化的关系并存为三维数表。随后,根据当前状态和地面航迹参数计算得到各飞行阶段地面航程信息,在待飞航程的预测中,考虑侧向机动的航程损失和模型偏差影响,采用分段查表和在线估计航程修正系数的方法对预测航程进行了两次修正。最后,研究了约束条件下的多轨迹参数连续更新策略,以保证消除航程偏差的同时轨迹具有适宜性。仿真结果表明,该方法对于初始位置、能量状态散布不敏感,其末端位置控制精度保持在米级。完成单次轨迹预测-校正的时间不超过2.3 ms,拥有较高的在线预测效率,对突发故障造成的模型偏差具有较强的适应能力。     

腐蚀环境下铜薄膜传感器金属结构裂纹监测

铜薄膜传感器在飞机金属结构损伤监测过程中,将长期面临大气腐蚀环境的影响。针对此背景,研究了铜薄膜传感器在腐蚀环境下的耐蚀性能,及腐蚀后的疲劳裂纹监测性能。首先,采用脉冲偏压多弧离子镀技术在不同弧电流和基体负偏压水平下制备了一系列铜薄膜,对其耐蚀性能进行了对比研究。结果表明,在弧电流60 A和基体负偏压250 V时沉积的铜薄膜耐蚀性能最佳。然后,结合耐蚀性能最佳的沉积工艺参数,在2A12-T4铝合金中心孔板试件上制备了同心环状铜薄膜传感器阵列,并开展了盐雾腐蚀试验。最后,对腐蚀试验后的铜薄膜传感器进行了疲劳裂纹监测试验。结果表明:铜薄膜传感器在腐蚀环境下具有良好的耐蚀性能,耐蚀时间达1 000 h;腐蚀试验后的铜薄膜传感器对裂纹变化敏感,能实现对裂纹定量监测,监测精度为1 mm,监测结果具有良好的可重复性。     

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。     

航天用碳纳米管增强铝合金复合材料的力学与阻尼性能

碳纳米管(CNT)作为增强体的铝基复合材料(CNT/Al)具有轻质、高强、高模量、易加工的性能优势,用作轻量化材料在航天航空领域具有巨大的应用前景。为了获得兼顾其力学性能和阻尼性能的轻量化结构材料,采用叠片粉末冶金与合金化方法制备了质量分数为1.5% CNT/2A12复合材料,并研究了不同时效条件下的力学性能与阻尼性能。在130 ℃时效6~14 h时,复合材料具有最佳的拉伸强度与延伸率,抗拉强度最高可达595 MPa(时效12 h),延伸率最高可达14.0%(时效8 h)。复合材料的阻尼在0~180 ℃时变化不大,其在0.005左右,180~300 ℃时明显提高,300 ℃时可达0.05,阻尼性能受时效时间影响不大。复合材料的储存模量随测试温度升高而下降,在180~300 ℃时随振动频率升高而升高。时效条件为130 ℃-8 h时,质量分数1.5% CNT/2A12复合材料性能兼具良好的力学性能与阻尼性能。     

面向轻体无人船舶的自供能毛细波推进器研究

毛细波推进器作为一种新型动力装置在无人船舶、医疗机器人等领域有着应用前景，然而其能量供给方式与推力特性之间的关系有待深入探索。本文提出一种基于摩擦纳米发电机的自供能推进方式，其可利用环境中的风能、波浪能等作为能量源，驱动介电润湿单元产生毛细波，并利用反推力推进船舶。在输出电压520 V，频率5 Hz的情况下，成功实现对一重量为3.42 g的泡沫船实现推进。本文探索了一种不依赖传统能源与结构的新型船舶推进模式，为今后轻型船舶的动力提供了新的解决思路。