航空发动机增材制造结构强度、寿命评估与设计：研究现状及展望

作者： 胡殿印   潘锦超   米栋   闫成   王荣桥   来源： 航空动力学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 损伤机制   一体化设计   强度与寿命评估   增材制造   缺陷表征  

描述： 介绍了增材制造技术在航空发动机中的应用现状，重点论述航空发动机中增材制造结构强度、寿命评估与设计等关键技术的研究进展。分别从增材制造缺陷的无损检测方法与等效准则、考虑缺陷影响的关重件强度与寿命预测方法，以及创新结构一体化设计技术等方面探讨了现有研究进展、存在不足，以及发展趋势。结果表明：航空发动机中增材制造结构强度、寿命评估处于起步阶段，大多针对增材制造材料及简单结构的单一失效模式，仍需在复合疲劳失效、“结构特征-广布缺陷-表面形貌”多因素耦合失效等方面开展研究，从而发展适用于航空发动机增材制造结构的数据驱动评估方法、损伤容限设计方法以及专用试验技术。

航空发动机超轻高效换热器的发展与应用展望

作者： 邓宏武   李利昂   杨家旺   姜会庆   王俊伟   来源： 航空动力学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 强化传热   运行质量   均混流   交叉学科   换热器   评价指标  

描述： 基于航空领域对换热器的特定设计需求，调研分析国内外相关资料，结合工程实践经验，归纳总结了提高换热器性能的主要方法—基于强化传热的性能优化方法和基于交叉学科的换热器种类探索技术。总结当前各种典型强化传热手段的分支分布后，认为基于结构的强化传热仍然是当前研究的主要方向之一，并介绍了一些热点、新型的强化传热结构。在新型换热器种类探索中提出了智能换热器和化学反应换热器的概念，为多工况换热和高热流换热提供解决方案，其中前者的强化传热比率可达2。对航空换热器设计中产生的部分新概念（评价指标/均混流/运行质量）进行了分析探索，补充完善了换热器的设计体系，并在最后对换热器在航空发动机方向的应用前景进行了展望。

基于GAF-DenseNet网络的航空发动机虚假数据攻击检测

作者： 黄鹏程   陈丽丹   祁恬   张哲   马永良   高明   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   格拉姆角场   C   MAPSS   虚假数据注入攻击   密集连接卷积网络  

描述： 提出一种基于GAF-DenseNet网络的航空发动机系统遭受虚假数据攻击的机器学习检测方法。首先，基于美国国家航空和宇宙航行局的商用模块化航空推进系统仿真数据集（Commercial Modular Aero-Propulsion System Simulation，C-MAPSS），构建了连续和间隔虚假数据注入两种攻击模型；其次，通过格拉姆角场（Gramian angular field， GAF）算法，在保留原始航空发动机传感器获得的时序信号的时间依赖性的前提下，对时间序列数据进行唯一编码，并设计了DenseNet-121网络对图像阵列中内含的传感器信息进行深层挖掘，进而检测航空发动机是否遭受虚假数据攻击及攻击类型识别；最后，融合GAF-DenseNet方法在T24、T50和P30传感器上的平均分类准确率为98.46%，与长短期记忆、门控循环单元和卷积神经网络对比分别提高了1.91%、3.82%和0.38%。

航空模型燃料掺混氢气的微尺度燃烧数值模拟

作者： 陈星赫   苏晟   王娟   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 裂解   掺混燃烧   微尺度燃烧   火焰位置   燃烧特性  

描述： 对二维三级后台阶微尺度燃烧器中以三种碳氢化合物(69% C10H22、11% C9H18、20% C9H12)混合的Jet A-1模型燃料与氢气的掺混在纯氧中的燃烧进行了数值模拟，分析了燃料掺氢比

航空并联混合动力专用涡扇发动机快速设计方法

作者： 刘光璧   王步宇   王向阳   帅石金   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 能量利用   稳态性能   涡扇发动机   并联混合动力系统   快速设计  

描述： 为解决航空并联混合动力系统直接使用传统涡扇发动机时存在的发动机效率下降与低压压气机喘振问题，提出了一种通过流量预测确定涵道比的并联混合动力专用涡扇发动机快速设计方法，使用航空发动机性能仿真软件PROOSIS搭建了并联混合动力涡扇发动机模型，对发动机设计结果进行了性能评估与能量利用分析。研究表明，在与基准发动机相同的涡轮前总温限制下，设计结果能够满足推力需求。与在并联混合动力系统中使用基准发动机相比，使用设计的专用发动机时的油耗、能耗、低压压气机防喘振性能明显更优。由于能量利用历程不同，发动机的外涵道电能利用率远高于内涵道电能利用率和燃油利用率，这是并联混合动力涡扇发动机节能的根本原因。

航空钛合金中厚板电子束焊残余应力控制

作者： 刘金刚   郑剑云   陈建文   傅兵   齐庭钰   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 钛合金   热处理   电子束焊   残余应力   相变  

描述： 基于热弹塑性理论，建立了航空用TC4钛合金中厚板的焊接有限元仿真模型，用以研究电子束焊和热处理后残余应力的大小和分布情况。利用双椭球热源和圆锥形热源的组合模拟电子束的热输入，且模型考虑了固态冶金相变的作用。结果表明，考虑固态冶金相变时仿真与试验测量得到的残余应力更加吻合，验证了本文仿真模型的有效性；焊缝位置存在较大的纵向残余拉伸应力，其峰值可达到842.6MPa，随着离焊缝中心距离的增大纵向残余拉伸应力不断减小，在焊缝两侧变为压应力，直至母材边沿残余应力为0MPa；热处理方法可有效减小残余应力，也使焊件中残余应力的分布更加均匀，且加热温度对降低残余应力的作用比较明显，当加热温度为973K时纵向残余拉伸应力的峰值可减少43.3%。

热力耦合作用的航空发动机主轴球轴承动力学分析

作者： 曹赛赛   杨海生   罗斌   唐瑞   邓四二   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 动力学   保持架碰撞力   热力耦合   角接触球轴承   热网格法  

描述： 为更准确分析航空发动机轴承动态特性，本文基于滚动轴承动力学理论和传热学理论，建立了一种航空发动机主轴球轴承热力耦合的动力学模型。采用预估-校正的GSTIFF变步长积分算法求解动力学微分方程组，分析了轴承供油量和供油温度对轴承温度及轴承动力学影响。研究结果表明：球轴承高速运行时轴承动力学特性受轴承生热影响较大；增大供油量有助于降低轴承温度以及减小钢球与保持架之间碰撞力，但过大的供油量会导致轴承保持架振动增大；供油温度主要影响轴承温度以及润滑油粘度，保持架与引导套圈间的作用力随着供油温度的升高而降低。当供油温度在120℃时轴承保持架振动最小。

基于POD/PCE/Kriging模型的航空发动机高维多目标优化

作者： 马跃   郭明明   孙博伦   田野   宋文艳   乐嘉陵   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 代理模型   粒子群优化算法   POD/PCE/Kriging模型   多目标优化   航空发动机燃烧室设计  

描述： 针对于传统的航空发动机燃烧室设计过程计算周期长，加工和试验成本高，制约发动机设计周期的问题，基于航空发动机燃烧室模型，结合POD/PCE/Kriging（本征正交分解/多项式混沌展开/Kriging）模型和粒子群优化（PSO）算法开展了燃烧性能代理模型的构建和多目标优化设计。通过试验，应用POD/PCE/Kriging模型预测结果与一维程序计算结果进行对比分析，针对于燃烧效率和总压损失预测值的方均根误差分别为0.006 3%和0.122 7%。对设计变量参数开展寻优，并对获取的Pareto最优解集进行了分析，为满足性能指标的先进航空发动机燃烧室设计提供了物理见解，可以快速准确获得满足最优性能的设计参数，缩短航空发动机的研制周期。

基于非线性模型预测的航空发动机性能寻优控制

作者： 郑前钢   金崇文   项德威   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机控制   性能寻优控制   机载模型   非线性模型预测控制   复合推进系统动态模型  

描述： 提出一种基于非线性模型预测的航空发动机性能寻优控制方法，以提升性能寻优控制的响应速度。基于风扇进口温度插值的复合推进系统动态模型建模方法建立全包线机载预测模型，以实时估计发动机性能参数及有限时域内的未来输出；基于非线性模型预测控制方法，将最大推力模式、最小油耗模式、最低涡轮温度模式3种性能寻优控制模式转化为实时动态性能寻优问题，并设计相应实时控制的性能指标，提升发动机响应速度。仿真结果表明：相比于传统方法，所提出方法建立的机载模型在3种性能寻优控制模式下有较好的控制效果且响应速度提升0.5～5 s，在高空巡航工作点，最大推力模式下推力提高19.8%，最小耗油模式下耗油率下降3.12%，最低涡轮前温度模式下涡轮前温度下降17 K，验证了控制方法的有效性。

基于GAF-DenseNet的航空发动机虚假数据注入攻击检测

作者： 黄鹏程   陈丽丹   祁恬   张哲   马永良   高明   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 格拉姆角场(GAF)   航空发动机   MAPSS)   密集连接卷积网络(DenseNet)   虚假数据注入攻击   商用模块化航空推进系统仿真数据(C  

描述： 提出一种基于格拉姆角场（Gramian angular field, GAF）和密集连接卷积网络（densely connected convolutional networks,DenseNet）的航空发动机系统遭受虚假数据注入攻击的机器学习检测方法。首先，基于美国国家航空和宇宙航行局的商用模块化航空推进系统仿真数据集（commercial modular aero-propulsion system simulation,C-MAPSS），构建了连续和间隔虚假数据注入两种攻击模型；其次，通过GAF算法，在保留原始航空发动机传感器获得的时序信号的时间依赖性的前提下，对时间序列数据进行唯一编码，并设计了DenseNet-121网络对图像阵列中内含的传感器信息进行深层挖掘，进而检测航空发动机是否遭受虚假数据注入攻击及攻击类型识别；最后，融合GAF-DenseNet方法在T24、T50和P30传感器上的平均分类准确率为98.46%，与长短期记忆、门控循环单元和卷积神经网络对比分别提高了1.91%、3.82%和0.38%。