循环热机载荷作用下航空涡轮盘蠕变疲劳寿命预测

作者： 陈克明   田若洲   郭素娟   王润梓   张成成   陈浩峰   张显程   涂善东   来源： 航空学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 蠕变疲劳   航空涡轮盘   寿命预测   温度场   GH4169  

描述： 基于循环弹塑性本构模型(考虑Chaboche随动强化演化律)、应变强化蠕变本构模型和对先进蠕变-疲劳损伤模型的结构拓展，建立了预测航空涡轮盘在循环热-机蠕变-疲劳载荷谱下的蠕变-疲劳行为的数值流程，实现了对某型涡轮盘的蠕变-疲劳寿命的模拟和设计。结果表明：该涡轮盘在4 h巡航的服役过程中蠕变-疲劳损伤危险区主要集中在榫槽底部，靠近榫槽的盘缘和盘体的形状突变区；榫槽端由于温度较高，应力集中程度也高，总损伤最大，呈现蠕变损伤主导的情况；盘心区温度较低主要以疲劳损伤为主；涡轮盘最大损伤随单次飞行的巡航时间而增加，并逐渐从疲劳主导过渡到蠕变主导。论文研究成果可为航空发动机涡轮盘的长寿命、高可靠设计提供重要参考。

基于多源异构信息的航空发动机转子参数校准与可靠性分析

作者： 杨乐昌   汪晨星   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 生存特征   多源异构信息   混合不确定性   可靠性分析   多状态系统  

描述： 复杂系统可靠性分析结果的准确性与输入参数精度密切相关。针对包含多源不确定信息的可靠性分析问题，提出了基于贝叶斯最大熵的随机模型修正与参数校准方法。通过将多源统计信息（如：矩信息、可靠度）转换为约束条件，该方法将参数估计转化为不确定性优化问题求解。进一步考虑混合不确定性，引入Wasserstein距离构建似然函数，并利用近似算法提高计算效率。该方法通过增加“熵项”的方式拓展了经典贝叶斯推理的适用范围，可处理多源异构数据与混合不确定性问题。针对多部件航空发动机转子系统，建立了基于survival signature的多态系统可靠性模型，应用上述方法开展可靠性分析，通过对比分析验证了本方法较传统方法有更高精度与更强的稳健型。

航空发动机加力燃烧燃油控制系统主动容错控制

作者： 杭杰   李运华   杨丽曼   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   内泄漏故障   传感器故障   非线性未知输入状态观测器   主动容错控制  

描述： 为提高航空发动机加力燃烧燃油控制系统的容错性和可靠性,针对同时存在非匹配扰动、传感器故障和内泄漏故障的燃油计量装置,本文提出一种新型自适应积分鲁棒主动容错控制策略。其中,基于自适应参数估计的非线性未知输入状态观测器可有效估计系统状态和传感器故障,且不受内泄漏故障和非匹配扰动影响。通过引入滤波误差函数,将积分鲁棒控制和自适应控制相结合,以同时处理传感器噪声、非匹配扰动下的内泄漏故障。采用Lyapunov方法,从理论上严格证明了计量活门阀芯位移可渐近跟踪到参考信号。仿真结果表明,在非匹配扰动、传感器故障和内泄漏故障并存的模式下,新型主动容错控制在最大跟踪误差、平均跟踪误差、跟踪误差标准值、ITAE和ITSE等性能方面均有改善,分别降至0.0356、0.0018、0.0136、25.1973和4×10-4。该技术可为航空发动机健康管理提供新的途径和思路。

基于熵产理论的航空柱塞泵涡轮增压系统优化

作者： 陈远玲   陈家文   潘越洋   闫明洋   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 熵产理论   涡轮增压   航空柱塞泵   能量损失   结构优化  

描述： 在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统，有利于提高航空液压系统的集成度，并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题，基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空间分布进行了研究，构建了涡轮自增压轴向柱塞泵的流体域模型，探究压水室形式、断面形状、进口宽度、断面面积变化规律以及涡轮叶片形式与熵产率的关系，以熵产最小为目标优化涡轮增压系统的结构：涡轮采用扭曲叶片，压水室采用螺旋形、断面形状采用圆弧形、压水室进口宽度采用8mm、断面面积变化规律为U型时，增压系统的总熵产下降约0.032W/K，较优化前降低了13%，增压值上升约0.22bar，较优化前增加7%。最后采用试制的样机搭建试验系统，测试了直叶片形式和扭曲叶片形式的涡轮增压值，试验结果与仿真结果基本一致。

树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用现状与若干关键技术研究进展

作者： 张超   曹勇   赵振强   张海洋   孙建波   王志华   蔚夺魁   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 风扇机匣   航空发动机   多尺度分析   包容性设计   叶片   外物损伤(FOD)   树脂基复合材料  

描述： 纤维增强树脂基复合材料对于提高航空发动机推重比、燃油经济性及节能环保具有重要意义。本文介绍了树脂基复合材料在民用航空发动机的应用情况，总结了航空发动机复合材料风扇机匣和风扇叶片面临的挑战与关键技术问题，包括复杂曲面预制体设计技术、复合材料异形结构高精度制备技术、复合材料结构多尺度建模与精细化仿真、以及复合材料机匣的包容性设计准则等。进一步地，结合目前研究热点展望了可应用于航空发动机复合材料结构研制的新思路和新技术。

航空发动机转子非稳态振动分量提取方法

作者： 肖袁   冯坤   胡明辉   江志农   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   转子   谐波乘积谱   Vold   Kalman滤波   非稳态振动  

描述： 对发动机转子振动状态进行监测是提高发动机可靠性的重要方法之一。然而在实际运行与振动监测过程中发现，发动机转速变化快且转子振动分量微弱，其转子谐频振动分量难以实时跟踪提取。为解决这一问题，本文提出了基于稀疏谐波乘积谱以及自适应Vold-Kalman滤波的航空发动机转子振动分量提取方法。本文首先分析了发动机机匣信号特性，通过机匣信号中叶片通过频率与转频的谐波关系，结合谐波乘积谱的思路，提出了一种快速计算发动机转频的方法，无需准确的键相信息。其次，使用变步长迭代的方法最小化阶次谱残余误差，确定Vold-Kalman滤波器的最佳滤波参数，从而实现发动机转子谐频振动分量的准确提取。通过仿真数据验证了本方法在较大的噪声下仍能够很好地提取出机匣信号中微弱的转子振动分量，并与多种经典信号分解方法进行了对比。最后，对实际发动机信号进一步分析，针对发动机启停和加减速工况两种典型非稳态工况进行了计算并验证，证明了所提方法的优越性。

航空发动机篦齿-橡胶涂层机匣碰摩实验研究

作者： 马瑞贤   王鑫   王开明   李斌   廖明夫   王四季   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   组合频率   橡胶涂层   振动特征   局部碰摩  

描述： 为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征，设计了转静局部碰摩实验器，测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变和机匣温度等信号的时频域变化规律。结果表明，橡胶涂层的可磨损性和可熔化性对转静碰摩振动特征影响较大，碰摩过程中转静接触状态动态变化，碰摩呈现出能量高、突变性强、短时自脱离的特点，碰摩过程测量信号经过突变后可快速恢复原状态，碰摩激起转静子耦合振动，产生转子、静子固有频率共振，同时存在机匣固有频率与转频的调制振动。

航空发动机燃烧室热声不稳定的预设性能控制

作者： 孟晓   马丹   林宏军   陈超   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 预设性能控制   反步法   热声不稳定   状态时滞   鲁棒控制  

描述： 为降低航空发动机燃烧室NO_x的排放量，贫油预混的燃烧模式被广泛采用，但这将导致燃烧不稳定现象更加频繁地发生。航空发动机燃烧不稳定的能量来自于推进剂的燃烧，热声不稳定是其最主要的一种形式。为抑制热声不稳定现象，首先在Culick模型的基础上，加入火焰燃烧响应对系统的影响，推导出含状态时滞的热声不稳定的数学模型；其次，基于此模型探究了从燃料喷射到燃烧释放热量的对流时间对热声系统稳定性的影响，然后设计了预设性能反步主动控制方法，并求解得到在保证系统预设性能的前提下该对流时间的上界；最后从理论分析和仿真结果两方面都验证了该主动控制方法可使热声不稳定系统的压力振荡渐近收敛，其动态满足预先设定的性能，且具有时滞鲁棒性。

一种适用于航空发电机系统的闭环I/f控制方法

作者： 郝振洋   孙枫涛   季志豪   景新元   曹鑫   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 起动发电系统   根轨迹分析   I/f控制   永磁同步电机   瞬时功率  

描述： 航空发动机起动发电系统要求在热机与冷机情况不同负载转矩未知且突变明显时都能够可靠起动，且要求起动时间尽可能短。传统的永磁同步电机开环I/f控制方法存在转速调节时间长、电流利用率低、给定电流与负载转矩不匹配时易发生失步现象等问题，因此并不适用于航空发动机起动发电系统。针对此问题，本文提出了一种基于瞬时功率检测的改进闭环I/f控制策略，通过检测瞬时有功功率的扰动量对给定电流矢量的角速度进行补偿，增加系统阻尼转矩分量，加快转速收敛；通过检测瞬时无功功率调节电流矢量幅值，使电机工作在最大转矩/电流比状态，适应负载转矩的突变。同时建立了基于小信号的线性化模型，对传统开环I/f与改进闭环I/f控制方法的稳定性及鲁棒性进行了分析，选取了合适的阻尼补偿系数。最后通过仿真及实验验证了改进闭环I/f起动控制方法可以减小升速阶段转速波动约±60r/min，减小转速达到稳定的收敛时间约0.3s，提高电流利用率约20%，且能够适应航空发动机起动发电系统中未知且突变的负载转矩，及时对给定电流进行调整，不再会出现失步现象，实现可靠起动，可以有效地应用在航空发动机起动发电系统中。

航空用高速连接器的信号反射抑制与优化设计

作者： 骆燕燕   杨硕   潘晓松   赵绪怀   张莉   来源： 航空学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： HFSS仿真   信号反射   高速连接器   信号完整性   优化设计   信号传输   航空通信  

描述： 优化高速连接器的电气/机械结构，抑制信号在其内部传输时的反射现象，对提升高速连接器的传输性能及高速互联系统的稳定性至关重要。分析了高速连接器信号反射问题的根本来源及影响因素，结合优化量的仿真结果，提出了一种在工程中改善高速连接器信号反射问题的优化设计方法。首先，推导出信号反射问题在频域和时域的表征参数。其次，利用HFSS仿真分析各优化量的参数变化对信号反射现象的影响规律。最后，根据仿真结果，以最优化信号反射的表征参数为目标，确定高速连接器的系统优化方案，并通过测试实验来验证其有效性。设计结果表明：接触件插针在线径变化处的线径差异增大时，信号反射加剧；增大端接线缆线径，选用介电常数更小的插座端绝缘体材料，则能够有效抑制信号反射。优化结果表明：采用所提出的优化设计方法后，高速连接器差分阻抗的最大值减小到110Ω以下，最小值增大2.72%以上，波动范围减小31.7%～41.8%；回波损耗在不同频率范围内的最大值均有所减小，整体数值改善约9.8%～12.3%，信号反射问题得到显著改善。