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航空发动机分布式系统的事件触发滑模控制

航空动力学报 2024年第2期39卷 144-155页

作者：王玮轩彭靖波张志芬张驭谢寿生温广瑞郑劲松空军工程大学航空工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计... 详细信息

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计了状态观测器,并基于观测状态构造了积分滑模面。通过李雅普诺夫方法,得到了稳定性准则,并给出了线性矩阵不等式(LMIs)形式的控制器、观测器、事件触发器的参数计算方法。随后设计了滑模控制律,确保了滑模面的可达性。此外,为了提高LMIs的可行性,提出了基于iL-SHADE算法的LMIs参数优化方法。仿真结果表明,在给定的控制框架下,闭环系统能够保证较好的控制性能。在给定的仿真条件下,减少了96.5%的信号传输,极大节省了通信资源。

关键词：分布式控制系统时延和丢包动态事件触发机制滑模控制线性矩阵不等式

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旋转锻造连接工艺研究

塑性工程学报 2024年第4期31卷 274-280页

作者：张琦张以升田天泰张毓西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

为了解决焊接性能差的材料间的连接问题,提出了一种利用旋转锻造工艺进行管材-管材、管材-棒料连接的新方法,并进行了旋转锻造连接过程的有限元分析和试验研究,揭示了旋转锻造连接过程的材料流动规律,得到了影响连接头强度的工艺参数。... 详细信息

为了解决焊接性能差的材料间的连接问题,提出了一种利用旋转锻造工艺进行管材-管材、管材-棒料连接的新方法,并进行了旋转锻造连接过程的有限元分析和试验研究,揭示了旋转锻造连接过程的材料流动规律,得到了影响连接头强度的工艺参数。试验设备为自主研发的基于能量控制的小型旋转锻造设备,材料为T2铜管、6061铝管及塑料棒。对旋转锻造连接成形过程进行了有限元分析,得到了材料流动情况和连接工艺参数。结果表明:旋转锻造连接工艺可以形成稳定连接头;连接长度越小,连接头越容易被拉脱;径缩量是影响连接头强度的主要因素,在一定范围内随着径缩量的增加,连接强度不断增加;径缩量过大时,内管将在旋转锻造过程中发生破裂,无法形成连接头;试验结果表明,径缩量为0.8 mm时,铜管-铝管连接头强度达到铝管强度的62%,铜管-铜管连接头强度达到内铜管强度的68%,铜管-塑料棒连接头强度达到塑料棒强度的63%。

关键词：旋转锻造连接塑性变形管材

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高超声速火箭橇气动特性优化与风洞试验

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 156-166页

作者：周学文闫华东吕水燕李康西安交通大学机械工程学院西安710049 中国兵器工业试验测试研究院西安710100

为研究如何在不额外增加稳定装置的基础上提高超声速条件下火箭橇的在轨运行稳定性,基于数值分析方法开展了高超声速火箭橇气动特性优化设计,并通过风洞试验对优化后的橇体进行了不同工况下的气动特性研究。建立了基于SST湍流模型、N-S... 详细信息

为研究如何在不额外增加稳定装置的基础上提高超声速条件下火箭橇的在轨运行稳定性,基于数值分析方法开展了高超声速火箭橇气动特性优化设计,并通过风洞试验对优化后的橇体进行了不同工况下的气动特性研究。建立了基于SST湍流模型、N-S控制方程的火箭橇气动特性数值分析方法,通过经典双椭球模型对计算方法的准确性进行验证。基于气动特性数值分析方法开展橇体气动外形设计,对整流板俯仰角、侧偏角以及前、后滑靴的位置进行优化。通过风洞试验对优化后的橇体进行不同工况下的气动特性研究,分析马赫数、雷诺数以及轨道和地面效应的影响。研究结果表明:火箭橇高超声速气动特性数值分析方法的精度约为86.94%,可以用来模拟火箭橇在高超声速流场中的气动特性;在Ma=5时,优化后的模型相较于优化前的模型,气动阻力减小了约23.57%,气动升力减小了约38.49%;随着马赫数的增加,橇体阻力系数呈下降趋势,当Ma从4增加到6,橇体的阻力系数下降约19.98%;橇体升力系数与俯仰力矩系数均随着雷诺数的增大而增加,Ma=5,当雷诺数从1.80×10^(7)变化到3.60×10^(7)时,橇体的阻力系数与俯仰力矩系数分别增加约8.95%和13.09%;轨道和地面会导致橇体阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数同时增加,其中俯仰力矩系数的变化最为显著,3组对比试验的俯仰力矩系数平均增量约为992%。该研究可为高超声速火箭橇设计提供数据支撑,具有一定的工程应用价值。

关键词：火箭橇气动特性气动外形风洞试验

散射体旋转诱导模态下拓扑声高性能波束成形机理

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西安交通大学学报 2024年第9期58卷 191-204页

作者：马承志吴九汇宋倩于罗钦西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049

实现具有特定形式的无旁瓣高指向性声波波束的发射以及发射器件抵抗错误因素的能力过低一直是波束成形领域的棘手问题,通过旋转散射体在声学拓扑绝缘体的体边对应关系下提出了散射体旋转诱导模态下拓扑声学高性能波束成形机理。受到旋... 详细信息

实现具有特定形式的无旁瓣高指向性声波波束的发射以及发射器件抵抗错误因素的能力过低一直是波束成形领域的棘手问题,通过旋转散射体在声学拓扑绝缘体的体边对应关系下提出了散射体旋转诱导模态下拓扑声学高性能波束成形机理。受到旋转散射体对模态耦合的调控,能够实现无旁瓣宽频段下对波束波峰宽度以及波束能量衰减速率的近场和远场调控。通过在此结构内部引入错误因素,发现此拓扑声学高性能波束成形器具有高容错特性,多个错误因素对波束成形的近场远场结果基本不产生影响,这在很大程度上降低了加工制造的难度,同时极大地提高了器件的使用寿命。分别对拓扑声学波束成形以及错误因素介入下波束成形进行了实验验证,实验测试结果实现了4100~4630 Hz宽频带下无旁瓣的宽波峰波束,并且在器件中部分散射体缺失的情况下充分验证了波束成形器的高容错性。该研究提出的全新波束成形方法可为声学通信、微纳制造、生物医学和其他微形及多功能声学设备的工程应用提供参考。

关键词：波束成形拓扑声学高容错模态耦合无旁瓣

基于聚二甲基硅氧烷弹性体的摩擦电纳米发电机的研究进展

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高分子材料科学与工程 2024年第8期40卷 181-190页

作者：李宸辉王璐刘晓骏吴治诚井新利樊威张承双王淑娟西安交通大学化学学院陕西西安710049 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 西安工程大学纺织科学与工程学院陕西西安710048 西安航天复合材料研究所陕西西安710025

随着全球气候变化与环境污染问题日益严峻,可再生能源技术越来越受到关注。摩擦电纳米发电机(TENGs)可以将机械能转为电能,是重要的能量收集技术之一。TENG由于成本低、效率高且输出功率大,被广泛用于微纳电源、自供电传感器、大规模海... 详细信息

随着全球气候变化与环境污染问题日益严峻,可再生能源技术越来越受到关注。摩擦电纳米发电机(TENGs)可以将机械能转为电能,是重要的能量收集技术之一。TENG由于成本低、效率高且输出功率大,被广泛用于微纳电源、自供电传感器、大规模海洋能量收集和高压直接电源等领域。TENG的输出性能主要取决于摩擦电材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于具有良好的柔韧性、生物相容性及负极性是优异的负摩擦电材料。文中综述了PDMS作为负摩擦电材料的优势,探讨了PDMS的物理改性或化学改性对TENG性能的影响,并深入分析了PDMS基TENG的应用及存在的问题。

关键词：摩擦电纳米发电机聚二甲基硅氧烷弹性体物理改性化学改性应用

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基于压缩感知的低复杂度超分辨角度估计方法

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 1831-1837页

作者：吴敏黎子皓郝程鹏胡桥中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

在空域目标角度估计中,分辨率受阵列孔径的限制,依靠增加阵元数量提高分辨率会增加系统成本。为了在受限阵列尺寸中减少阵元数量,基于压缩感知(compressive sensing,CS)理论,提出了一种超分辨角度估计算法。首先建立阵列接收信号模型并... 详细信息

在空域目标角度估计中,分辨率受阵列孔径的限制,依靠增加阵元数量提高分辨率会增加系统成本。为了在受限阵列尺寸中减少阵元数量,基于压缩感知(compressive sensing,CS)理论,提出了一种超分辨角度估计算法。首先建立阵列接收信号模型并构造冗余字典,然后利用目标空间域稀疏先验信息将目标角度估计问题建模为优化问题,最后设计低复杂度算法对优化问题求解。所提算法通过贝叶斯CS理论推导了正则化系数,保证了算法的噪声抑制性能,通过共轭梯度运算及Hadamard乘积提高了算法效率。所提算法可利用较少快拍在信号数目未知的条件下,实现高精度角度估计。仿真结果和实测数据验证了所提算法的有效性。

关键词：阵列信号处理压缩感知波达方向估计波束形成

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面向装配结构的拓扑优化参数影响分析

机械工程学报 2024年第15期60卷 291-303页

作者：林起崟贾一鸣周意葱王晨洪军西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

随着当前精密与超精密加工技术水平的提升,单个机械零部件的加工质量已经能够满足精度要求,但是现有的装配结构的质量却难以保障。为了提高面向装配结构连接性能拓扑优化方法的鲁棒性,同时给加工制造提供多种拓扑优化布局,以弹性装配结... 详细信息

随着当前精密与超精密加工技术水平的提升,单个机械零部件的加工质量已经能够满足精度要求,但是现有的装配结构的质量却难以保障。为了提高面向装配结构连接性能拓扑优化方法的鲁棒性,同时给加工制造提供多种拓扑优化布局,以弹性装配结构为优化对象,对装配接触结构拓扑优化过程中优化参数对优化过程的影响进行分析。基于不同过滤半径对优化结果的影响规律,引入“各向异性过滤”方法,消除了装配体拓扑优化过程中出现的“界面效应”。另外为提高所优化结构的可加工制造性,引入两种最小长度控制方法,对两者的优化效果进行对比分析讨论,最终保证拓扑优化设计结果的可加工制造性。最后分析了光滑Heavside函数中锐度因子与阈值参数对优化结果的影响机制。

关键词：装配接触压力拓扑优化装配界面设计优化参数分析加工制造性

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车载紧凑式换热器高效轻质的性能优化研究

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 138-145页

作者：杨佳琪曹元福姜涛李明佳西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国北方车辆研究所北京100072 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对当前车载锯齿型板翅式换热器在某新型车辆有限空间内传热与流动阻力性能不足、整机质量大的问题,提出了一种车载锯齿型板翅式换热器的优化方案。首先,对4种具有不同翅片参数的空气-水车载锯齿型板翅式换热器进行了实验测试,探究了... 详细信息

针对当前车载锯齿型板翅式换热器在某新型车辆有限空间内传热与流动阻力性能不足、整机质量大的问题,提出了一种车载锯齿型板翅式换热器的优化方案。首先,对4种具有不同翅片参数的空气-水车载锯齿型板翅式换热器进行了实验测试,探究了已有换热器的传热与流动特性;然后,基于实验数据构建了锯齿型翅片通道的三维数值计算模型,获得了适用结构参数范围更加宽泛且拟合精度良好的换热器流动换热关联式,同时基于换热器几何结构获得了整机质量计算模型;最后,结合非支配排序遗传算法(NSGAⅡ)以及传热与流动阻力综合性能评价图,开展了车载锯齿型板翅式换热器关键翅片结构参数的多目标优化研究,给出了综合性能优异的换热器结构参数。结果表明:优化后锯齿型板翅式换热器的阻力系数降低了14.3%,综合性能评价因子增加了10.7%,整机质量减少了18.2%,实现了换热器高效轻质的优化目标。所提车载锯齿型板翅式换热器优化方案,对提升其综合性能与降低制造成本具有参考价值。

关键词：车载紧凑式换热器锯齿型翅片综合性能评价图遗传算法综合性能优化

涡轮导叶双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法研究

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推进技术 2024年

作者：包林焌许瑶刘钊丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所

为方便涡轮导叶双层壁冷却结构的设计与研发，对用于双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法进行了研究。利用Python编制了求解双层壁冷却叶片内部流动的一维管网计算程序，结合ANSYS CFX计算软件，搭建了管网耦合设计计算平台；以Mark ... 详细信息

为方便涡轮导叶双层壁冷却结构的设计与研发，对用于双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法进行了研究。利用Python编制了求解双层壁冷却叶片内部流动的一维管网计算程序，结合ANSYS CFX计算软件，搭建了管网耦合设计计算平台；以Mark Ⅱ叶片为原型初步设计了气膜冷却方案，利用源项法模拟了气膜冷却的作用效果，提出了管网耦合计算的气膜冷却修正方法；将修正后的管网耦合计算方法应用于涡轮导叶双层壁冷却结构方案设计，结合三维气热耦合数值计算对管网耦合计算结果进行了验证与分析。结果表明：利用源项法可以模拟气膜冷却的作用效果，并节省约95%的计算时间；与三维气热耦合数值计算相比，气膜冷却修正后的管网耦合计算方法得到了相似的温度及换热系数分布；利用管网耦合计算方法设计的双层壁冷却结构方案具有较好的冷却性能，且耗时约为全三维气热耦合的1/12，在设计前期可利用该方法快速并准确地对方案的合理性进行评估。

关键词：涡轮导叶管网耦合计算冷却结构设计双层壁冷却气膜冷却修正方法