基于变尺度混沌算法的曲面品质优化

曲面品质优化是曲面重构中的常见问题，在航空航天和汽车等高端产品设计中，如果要求重构的曲面间具有高阶连续性，往往需要进行大量的优化工作。为了便捷地得到光滑的高品质曲面，提出一种基于变尺度混沌算法的曲面品质优化方法。引入可调参数，在与邻接面NURBS曲面片一阶连续条件下，可以灵活调整多个参数值对目标面进行变形操作；建立变尺度混沌优化的数学模型，计算出可调参数组的最优解，得到相对原曲面变形量最小的高品质曲面。通过案例分析验证了所提方法的鲁棒性和实用性。对优化后的曲面进行光影分析，结果表明：所提方法可以在保证曲面品质的同时，提高曲面重构的效率。     

基于响应曲面法的成型CBN砂轮高频感应钎焊温度均匀性研究

成型砂轮在高频感应钎焊过程中存在温度分布不均匀导致钎焊质量无法满足使用要求，这是长期困扰超硬磨料砂轮高频感应钎焊技术的难题。针对该问题，提出温度均匀性的表征方法，以温度均匀度和平均温度为响应值，基于有限元仿真数据获得了响应曲面法模型。基于该模型，采用方差分析成型砂轮感应钎焊温度均匀性的影响因素显著程度由大到小依次为加热间隙、感应电流、导磁体长度。以平均温度值和温度均匀度为优化目标，基于响应曲面法优化线圈结构和工艺参数，开展了感应加热试验，证明响应曲面法模型优化结果的误差在6.94%以内。高频感应钎焊的成型立方氮化硼（cubic boron nitride，CBN）砂轮宏观形貌显示，钎料在成型面各处铺展的一致性好，表明钎焊过程中在成型面的温度分布具有较好的均匀性。     

叶片边缘破损曲面再生修复技术研究

发动机叶片长期在高温、高压和高速下工作，工作过程中有异物进入，不可避免地会发生损坏。对于弯扭叶片边缘破损曲面的修复，本文采用基于邻近破损域未破损区域的完整叶片截面线与破损域叶片截面线的完好部分配准，获得边缘破损处的叶片截面线点云特征，实现破损曲面再生重构。同时，采用迭代最近点（（Iterative closest point,ICP））配准算法，克服了搜索最近点集耗时较长的缺点。本文提出的基于建立辅助圆邻域的最近点集对搜索方法，大大降低了配准时间成本。最后对破损域再生曲面进行了光顺性分析，验证本文所提出的边缘破损曲面再生修复方法的可行性。     

基于等效间隙的机匣安装边泄漏量定量计算方法

结合平行平板流动理论，结合流量因子法和粗糙面接触压力与接触间隙的关系，提出了一种基于等效间隙、能够考虑微观粗糙形貌及受不均匀分布载荷的机匣安装边泄漏量定量计算方法；采用有限元计算方法，研究了内部气体压力和轴向力对机匣安装边气体泄漏量的影响规律；研究表明，随着内部气体压力的增加，泄漏量增大，随着轴向力的增加，泄漏量略微减小；最后将计算结果与泄漏量实验结果进行对比，在内部气体压力和轴向力作用下的泄漏量最大误差分别为3.5%和3.6%，证明了本文计算方法的有效性。     

基于几何设计法的航空发动机内外机匣减振控制新方法

航空发动机在运行过程中，由于其结构的复杂性和外部气流的不稳定性，不可避免地会产生大量的振动问题。针对航空发动机整机振动问题，首先根据航空发动机的实际结构并结合经验总结，建立了一种通用的转子-支承-机匣振动传递动力学模型，并从航空发动机内外机匣减振控制问题出发，利用一种新型的控制算法（几何设计法），在有限频域内来设计减振控制器，在传感器和执行机构受限的情况下，尝试对多个输出量（即航空发动机的内机匣和外机匣）进行减振控制，并与经典控制理论法比例、微分、积分（Proportional integral derivative,PID）设计的减振控制器进行减振效果对比，最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型并进行仿真验证。结果表明，几何设计法在有限频域内可以直观地获得最优控制器的存在性、唯一性、最优性，对于主控对象的减振控制最优可高达25 dB，相较于传统控制方法形成明显优势。     

复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题，研制了一种可满足370℃，1.34MPa的机匣热内压试验技术，并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构，能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力，避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈，可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析，三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证，所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用，突破了密封材料的适用温度局限，可以满足机匣件热内压试验密封要求。     

基于Gyroid结构空气加热管道设计技术

在高空飞行时，飞机处于较为极端的环境下，舱内工作人员的生活环境需要保障，采用空气加热设备对机组人员的生活环境进行调控是十分必要的。传统空气加热设备体积往往较大，且其加热的空气存在局部过热的情况。因此，本文提出了一种基于极小曲面结构的空气加热管路，通过3D打印技术制造加热模块，并将热源安置在其内部，减少了整体占地空间，同时增强了空气加热效果。该空气加热管道以出口空气的温度均匀性作为设计目标，并以结构的压降需求及外壁面最高温度作为约束条件，采用计算流体力学（CFD）仿真工具（Fluent）进行设计仿真，进而构建出结构各参数与设计目标的响应函数，并通过数学分析软件求得结构的最优解。最后，将其与传统加热设备结构进行仿真对比，发现新式极小曲面空气加热管可在保证压降的条件下实现整体结构热点温度的降低，且能均匀加热流经的空气。通过仿真数据，其出口处空气的温差保持在了3.3℃以下，相较于传统加热管道出口最大温差减少了94.9%，极大地提高了出口空气的温度均匀性。     

基于PINN的复合材料自动铺放轨迹整体规划

自动纤维铺放能有效地提高复材构件的制造效率和质量。为满足复材构件的力学性能要求及铺放质量要求，在给定曲面目标域内生成铺放轨迹时需要同时考虑转弯半径、纤维角偏差以及轨迹间距等工艺指标。现有铺放轨迹规划方法大多在对基准轨迹进行优化后，通过路径密化生成铺放轨迹。这仅能保证所生成的轨迹满足单一要求，难以整体满足多个优化目标。为实现多优化目标下的复合材料自动铺放轨迹整体规划，本文将轨迹规划问题转换成为目标域内的泛函优化问题，利用内嵌物理知识神经网络（Physics-informed neural network,PINN）实现目标函数的求解，并提取目标函数的等值线作为轨迹规划的结果。相较于现有策略，本文提出的方法能整体兼顾轨迹的方向性、可铺性以及间隙质量，为实现先进复合材料自动铺放轨迹整体规划提供新思路。     

转速匹配效应影响下周向槽机匣处理对转压气机性能的影响

采用数值模拟方法，通过分别在对转压气机（counter-rotating compressor, CRC）前后两排转子上进行周向槽机匣处理，研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明：当前排转子R1转速高于后排转子R2时，其最先失速级为R1，当R2转速等于或高于R1时，其最先失速级为R2。在对转压气机的最先失速级进行机匣处理可以有效改善所处理转子的叶尖附近流场，包括来流相对气流角的减小、叶尖泄漏流反向轴向动量的减小、叶尖泄漏流与主流交界面位置的后移及叶尖堵塞程度的减弱等，进而提升了其失速裕度。机匣处理一般仅能对所处理转子的流场产生较大影响，但在特殊情况下也会使非处理转子的流场发生明显改变。