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基于频域特征的航空轴承智能诊断

航空动力学报 2024年第6期39卷 248-258页

作者：李宏宇苏越陈康王俨剀西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、... 详细信息

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、滚动体故障及每种故障所对应3种不同的故障程度进行诊断。该模型不仅弥补完全由原始振动信号输入导致输入数据冗长,特征不明显等缺点,也弥补由人工提取振动特征来进行故障诊断的不确定性。在滚动轴承公开数据集上进行实验,结果表明故障识别的准确度达到99.8%以上。搭建航空轴承实验器来对方法与模型进行检验。基于频域特征的双向循环长短期记忆网络模型能够更准确地对轴承进行故障诊断,所提方法对于航空发动机滚动轴承故障诊断具有重要工程价值。

关键词：故障诊断特征提取神经网络滚动轴承双向循环长短期记忆网络

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民航客机推力目标值计算方法

航空动力学报 2024年第7期39卷 285-298页

作者：李仪苏三买梁凯恒朱天宇西北工业大学动力与能源学院西安710072

推力管理是民航客机飞行管理系统的重要功能之一.在整个航线内,飞行管理系统根据不同飞行航段以及不同飞行状态,确定飞机对发动机的推力需求,并以此作为推力目标值形成发动机油门杆控制的指令,其中推力目标值的计算是推力管理的核心.针... 详细信息

推力管理是民航客机飞行管理系统的重要功能之一.在整个航线内,飞行管理系统根据不同飞行航段以及不同飞行状态,确定飞机对发动机的推力需求,并以此作为推力目标值形成发动机油门杆控制的指令,其中推力目标值的计算是推力管理的核心.针对民航客机各飞行航段的特点,采用飞行动力学方法对飞机爬升、巡航、下降三个航段中不同飞行方式下的推力目标值计算方法进行研究.以波音737-800实际飞行记录数据为算例,进行推力目标值计算方法仿真对比验证,结果表明:所计算的推力目标值变化趋势与飞行性能理论相符,典型航段推力目标值计算与实际飞行数据的对比误差不大于3%.所提出的推力目标值计算方法可为民航客机推力管理系统设计提供参考.

关键词：民航客机推力管理推力目标值计算飞行性能飞行动力学

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对转开式转子气动设计方法

航空动力学报 2024年第1期39卷 133-144页

作者：王启航周莉王占学西北工业大学动力与能源学院西安710129

提出一种基于升力线理论的对转开式转子(contra-rotating open rotor,CROR)气动设计方法。以推力为设计目标,基于拉格朗日乘子法构建气动设计控制方程组。考虑高飞行马赫数对流动特征的影响,根据激盘模型,采用一道正激波模拟转子的增压... 详细信息

提出一种基于升力线理论的对转开式转子(contra-rotating open rotor,CROR)气动设计方法。以推力为设计目标,基于拉格朗日乘子法构建气动设计控制方程组。考虑高飞行马赫数对流动特征的影响,根据激盘模型,采用一道正激波模拟转子的增压过程。完成速度场预测后,利用压气机三维造型方法完成初始设计。初始设计完成后,对翼型折转角进行修正从而满足目标推力。研究表明,整个设计过程中只需2次计算流体力学(CFD)计算与再设计便可满足目标推力,所需翼型折转角修正量为−0.486°,设计结果的推力与目标推力的相对误差为−0.32%,设计方法高效且具有高的设计精度。

关键词：对转开式转子升力线理论涡格模型拉格朗日乘子法落后角模型

2D编织C/SiC孔边致密化结构多尺度混合模型与拉伸性能

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航空学报 2024年第13期45卷 242-257页

作者：姜卓群黄盛王占学西北工业大学动力与能源学院西安710129

针对一种开孔2D编织C/SiC复合材料在化学气相浸渗过程中出现的孔边致密化结构,提出了一种表征孔边致密化结构的建模方法。考虑孔隙的随机分布,建立了纤维束尺度代表体积元模型,实现了2D编织C/SiC复合材料等效弹性模量的计算。在此基础上... 详细信息

针对一种开孔2D编织C/SiC复合材料在化学气相浸渗过程中出现的孔边致密化结构,提出了一种表征孔边致密化结构的建模方法。考虑孔隙的随机分布,建立了纤维束尺度代表体积元模型,实现了2D编织C/SiC复合材料等效弹性模量的计算。在此基础上,建立了具有孔边致密化结构的2D编织C/SiC复合材料宏-细观组合模型。基于3D hashin失效准则与修正的Von Mises失效准则,建立了2D编织C/SiC复合材料的渐进损伤模型,模拟了其单轴拉伸应力-应变行为。通过与实验数据的对比分析,验证了模型的有效性。计算不同孔隙率、致密带半径以及孔径的开孔2D编织C/SiC复合材料拉伸强度并分析其影响规律。计算结果表明:随着孔隙率的增大,材料刚度与拉伸强度不断减小,当孔隙率从5%上升到20%时,抗拉强度降低26.05%;随着致密带半径的增加,材料刚度下降越缓慢,失效强度越大,当致密带半径从0 mm增大到0.75 mm时,抗拉强度提高14.17%;随着孔径增大,孔边应力集中效应增强,孔边损伤程度加剧,材料损伤越快,当孔径从0.5 mm增大到2 mm时,抗拉强度降低35.01%。

关键词： 2D编织C/SiC复合材料化学气相浸渗孔边致密化结构宏-细观混合模型渐进损伤拉伸性能

工质/涡轮电驱动分布式推进系统设计参数研究

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航空动力学报 2024年第4期39卷 8-19页

作者：王笑晨贾琳渊陈玉春王玉茹西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对回热式工质驱动分布式推进系统在布局、安装等方面存在的不足,将涡轮电驱动方式与其结合,提出了一种部分涡轮电分布式推进系统。基于部件法建立了设计点计算模型,开展了推进系统的能量流动机理分析,提出了能量传输中关键参数的设计... 详细信息

针对回热式工质驱动分布式推进系统在布局、安装等方面存在的不足,将涡轮电驱动方式与其结合,提出了一种部分涡轮电分布式推进系统。基于部件法建立了设计点计算模型,开展了推进系统的能量流动机理分析,提出了能量传输中关键参数的设计方法。以此为基础,分析了设计参数对推进系统的影响,并对比了分析不同分布式推进系统的性能及设计参数。结果表明:部分涡轮电分布式推进系统耗油率对涡轮前温度的敏感性高于总增压比;相对于工质驱动分布式推进系统,部分涡轮电分布式推进系统存在1.7%的耗油率优势,且当功率占比选取合理时,能够改善原工质驱动分布式推进系统的不足。围绕推进系统耗油率,论证了基于工质驱动的部分涡轮电分布式推进系统在性能上的适用性。

关键词：分布式推进工质驱动部分涡轮电设计点性能参数设计方法

轴心射流收油环内部油气流动特性的数值模拟研究

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推进技术 2024年第2期45卷 63-72页

作者：朱泽韬吕亚国朱鹏飞姜乐刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分... 详细信息

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分数、油膜速度和供油孔输油能力的影响规律。结果表明:收油环端面油膜呈圆盘状迁移,边缘破碎形成油滴、油带甩至侧壁面,在供油孔内以“月牙形”分布加速流动,收油环端面油膜厚度随主轴转速增大而减小,随喷嘴流量上升而增加;提高转速降低了供油孔内滑油含量,使孔内油膜加速流动,孔内滑油含量随喷嘴流量的上升而增大,随供油孔径的增加而下降;喷嘴流量与供油孔径的改变对孔内流速影响较小;增加孔径与提高收油环转速可加强供油孔输运能力,8 kr/min下提高喷嘴流量使无量纲输油量Cq平均降低了40.71%,提高孔径使Cq最大提高了57.14%,转速的增加使Cq平均增加25.87%。

关键词：环下润滑收油环轴心射流两相流动特性 VOF方法

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单相发汗冷却对脉冲爆震燃烧传播的影响

推进技术 2024年第4期45卷 170-181页

作者：张晋姜俞光康嘉宁范玮西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

作为一种先进推进系统,脉冲爆震发动机热端部件的热载荷随着工作频率和飞行马赫数的提高而大幅增加。发汗冷却具有很高的冷却效率和更低的冷却剂消耗,使其成为脉冲爆震发动机燃烧室壁面冷却的理想方案。开展发汗冷却与爆震燃烧耦合研究... 详细信息

作为一种先进推进系统,脉冲爆震发动机热端部件的热载荷随着工作频率和飞行马赫数的提高而大幅增加。发汗冷却具有很高的冷却效率和更低的冷却剂消耗,使其成为脉冲爆震发动机燃烧室壁面冷却的理想方案。开展发汗冷却与爆震燃烧耦合研究,是爆震发动机发汗冷却设计的理论基础。为了探索发汗冷却的固体和流体结构对爆震燃烧的影响规律,本文采用实验方法,研究了不同多孔介质结构和单相发汗冷却对充分发展爆震燃烧传播过程的影响。结果表明,爆震波在多孔介质壁面上传播时发生减速,但不会引起爆震波解耦。单相发汗冷却引发爆震燃烧失效的主要原因是冷却剂的稀释作用使得局部当量比低于燃料的可爆极限。当冷却剂注入率超过12.5%时,爆震燃烧解耦。

关键词：脉冲爆震发汗冷却多孔介质爆震传播火焰传播速度

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凹槽叶顶的气膜冷却特性

西北工业大学学报 2024年第2期42卷 278-285页

作者：吴芳芳许卫疆刘存良史经垠余泽宇西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

涡轮工作时,叶顶间隙内高速高温的间隙泄露流会直接冲刷动叶顶部,产生局部高温区域,因此控制间隙泄露流至关重要。基于压敏漆涂料(PSP)实验,研究了密度比、吹风比和间隙高度对凹槽叶顶气膜冷却特性的影响。研究结果表明:密度比增大,凹... 详细信息

涡轮工作时,叶顶间隙内高速高温的间隙泄露流会直接冲刷动叶顶部,产生局部高温区域,因此控制间隙泄露流至关重要。基于压敏漆涂料(PSP)实验,研究了密度比、吹风比和间隙高度对凹槽叶顶气膜冷却特性的影响。研究结果表明:密度比增大,凹槽叶顶气膜冷却效果逐渐提高,尤其是大间隙下冷效提高较为明显,叶顶面平均冷效增加了35%;间隙高度和吹风比对叶顶表面冷效的作用不是单一的,小间隙条件下,叶顶表面气膜冷效随着吹风比增大而增大,大间隙条件下,吹风比的增加使得叶顶表面气膜冷效先减小后增加,同时小吹风比时,间隙高度增加提高了叶顶尾缘区域和孔周围的气膜冷效,叶顶面平均冷效提高了6.85%。

关键词：凹槽叶顶间隙高度吹风比密度比气膜冷效

出口直径对脉冲爆震清灰装置外场压力作用特性的影响研究

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 477-486页

作者：王渤文郑龙席程悦王超李勍卢杰西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

脉冲爆震清灰技术是一种利用爆震波解耦产生的冲击波清除积灰的高效清洁技术,在炉内清洁领域具有巨大优势。为探究爆震清灰装置外场压力作用特性及装置出口直径对其压力作用特性的影响,以丙烷-空气为燃料,针对某型脉冲爆震清灰装置开展... 详细信息

脉冲爆震清灰技术是一种利用爆震波解耦产生的冲击波清除积灰的高效清洁技术,在炉内清洁领域具有巨大优势。为探究爆震清灰装置外场压力作用特性及装置出口直径对其压力作用特性的影响,以丙烷-空气为燃料,针对某型脉冲爆震清灰装置开展数值仿真与试验研究。结果表明:随着传播距离的增加,边缘处的弧状冲击波存在转变为平面波的趋势,冲击波的作用压力峰值趋于相近,且作用压力峰值的到达时间也趋于相近。当外场冲击波作用于非对流管束积灰面时,除爆震室轴线正对处发生正反射而产生一道压力峰值外,其余位置主要因发生斜反射而产生2道压力峰值。尾段出口直径与爆震室直径比值(直径比)为1时外场冲击波作用压力峰值最大,出口直径的增加或减小均会不同程度地削弱外场冲击波的压力峰值,直径比小于1的结构对外场冲击波的削弱效果最为显著,直径比大于1的结构削弱效果较次之;在直径比小于1时冲击波作用压力峰值随直径比增大而增大,当直径比大于1时冲击波作用压力峰值随直径比增大而减小。

关键词：锅炉积灰爆震清灰冲击波作用特征填充比直径比