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基于CFD计算域分区耦合技术的航空微型溢流阀流固耦合全域数值计算研究

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航空学报 2024年

作者：朱嘉兴李奕宁牛世勇田一松李頔解一鸣航空工业西安飞行自动控制研究所

飞机液压作动系统微型插装式溢流阀具有微形流道结构，内部瞬时流体输运规律及诱发两相流的机制尚不明确，产品特性参数对性能的影响尚未明晰，亟需发展相关的仿真模型进行分析研究并开展实验验证工作。以某航空液压作动系统用微型插装... 详细信息

飞机液压作动系统微型插装式溢流阀具有微形流道结构，内部瞬时流体输运规律及诱发两相流的机制尚不明确，产品特性参数对性能的影响尚未明晰，亟需发展相关的仿真模型进行分析研究并开展实验验证工作。以某航空液压作动系统用微型插装式溢流阀为研究对象进行了仿真和试验研究。在仿真计算时，考虑了阀芯运动造成的溢流阀全域结构变化以及边界条件迁移的影响，在流固耦合技术的基础上提出了一种针对该型溢流阀流道结构的CFD计算域分区耦合技术，并以此完成了全域数值计算模型的建模工作。基于全空化模型、湍流模型和阀芯动力学计算模型，该CFD仿真模型可实现对溢流阀全工作周期内瞬态特性的准确模拟，可得到流体压力场、流体速度场、空化相变特性及运动组件动力学特性随阀芯动作的动态衍变规律。另一方面，搭建了溢流阀性能试验台用于仿真模型的正确性验证。并基于代理模型技术构建了CFD模型输入输出之间映射关系的Kriging模型，极大提升了原模型的计算效率。将其应用于较大计算规模的模型评估，以此进行了启闭及流量特性参数对输入参数的全局灵敏度分析。最后，以结果指导产品研制过程的优化。结果表明：该型溢流阀的启闭过程连续、迅速且稳定，可有效保障系统安全。仿真得到的压力-流量结果与试验数据较为吻合，全周期内最大误差保持在5%以内。弹簧特性和位移限制位置对溢流阀的启闭特性产生较大影响，需要在研制过程进行重点关注。本文工作有助于深入理解微型插装溢流阀内部复杂流动机理，可对其研制过程形成理论指导，对其所处液压作动系统的运行可靠性和稳定性提升具有较为重要的价值。

关键词：微型阀 CFD 流固耦合瞬态流场特性灵敏度分析

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基于自适应无迹卡尔曼滤波的气流角融合方法

电光与控制 2024年

作者：吴云燕黄天鹏刘武朱雪耀马钊航空工业西安飞行自动控制研究所

迎角、侧滑角是影响飞控系统安全的关键参数，而大气数据系统在恶劣天气、机动飞行情况下难以准确测量气流角等，甚至在故障隔离失败情况下，引发飞行安全问题。基于此，提出基于自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）的气流角融合方法，通过惯... 详细信息

迎角、侧滑角是影响飞控系统安全的关键参数，而大气数据系统在恶劣天气、机动飞行情况下难以准确测量气流角等，甚至在故障隔离失败情况下，引发飞行安全问题。基于此，提出基于自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）的气流角融合方法，通过惯导系统和飞行器动力学模型信息构建滤波模型，同时将自适应滤波思想应用于无迹卡尔曼滤波器，利用观测残差序列构建卡方检验和自适应渐消矩阵，实现了动态飞行、故障情况下气流角的高精度输出。仿真结果表明，该算法的性能优于传统卡尔曼滤波算法，具有较大的工程应用价值。

关键词：迎角/侧滑角自适应无迹卡尔曼滤波故障自检测卡方检验渐消矩阵

航空发动机长寿命、高可靠燃油齿轮泵关键技术研究综述

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推进技术 2024年

作者：符江锋王建礼李文霞魏士杰安理会西北工业大学动力与能源学院中国航发西安动力控制科技有限公司

燃油齿轮泵是航空发动机控制系统的核心单元，现阶段我国已掌握燃油齿轮泵自主设计能力，且全面覆盖现有发动机控制系统的基本性能指标，如何进一步提升燃油齿轮泵的寿命及可靠性是行业亟需解决的关键问题。在新一代先进航空发动机中，... 详细信息

燃油齿轮泵是航空发动机控制系统的核心单元，现阶段我国已掌握燃油齿轮泵自主设计能力，且全面覆盖现有发动机控制系统的基本性能指标，如何进一步提升燃油齿轮泵的寿命及可靠性是行业亟需解决的关键问题。在新一代先进航空发动机中，燃油齿轮泵长期服役在高速、高温、高压、低介质黏度极端工况中，其摩擦副润滑失效以及侧板困油空化极易引发燃油泵故障，是制约航空发动机的安全可靠服役的关键难题。本文归纳了长寿命、高可靠燃油齿轮泵设计亟需解决的关键技术，给出了燃油齿轮泵摩擦副材料、润滑机理建模与测试、困油空化及卸荷槽设计的研究进展，结合燃油齿轮泵实际设计难题和未来技术发展，剖析了上述研究中所面临的挑战及问题，为行业研究人员突破燃油齿轮泵的长寿命、高可靠设计提供了指导方向。

关键词：航空发动机燃油齿轮泵摩擦润滑空化综述

某型航空发动机主燃油控制系统燃油压力脉动研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨艺琨马静杨军杰西北工业大学动力与能源学院中国航发西安动力控制科技有限公司

针对某型航空发动机主燃油控制系统出口压力脉动现象，系统分析了液压系统脉动原因，并列出某型航空发动机主燃油控制系统压力脉动故障树，完成了故障定位。通过流场仿真手段重点研究了故障工况下不规则开口回油活门的稳态液动力及相关... 详细信息

针对某型航空发动机主燃油控制系统出口压力脉动现象，系统分析了液压系统脉动原因，并列出某型航空发动机主燃油控制系统压力脉动故障树，完成了故障定位。通过流场仿真手段重点研究了故障工况下不规则开口回油活门的稳态液动力及相关参数，指出理论公式对不规则开口活门稳态液动力计算的不适用性及出口射流角的变化；在稳态点采用小偏离线性化建立了等压差模块的传递函数和Simulink仿真模型，对其固有频率和主要影响因素进行了研究。研究结果表明：燃油压力脉动是由于回油活门在外部激励作用下产生了共振，而影响回油活门固有频率的关键因素为阀芯所受稳态液动力，通过对活门不规则开口形状进行研究，据此给出了故障改进措施，为系统的优化设计提供了理论支持。

关键词：主燃油控制系统压力脉动流场仿真固有频率故障改进

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

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推进技术 2024年第5期45卷 197-207页

作者：符江锋赵志杰刘显为魏士杰崔建魏鹏飞西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200 中国航发西安动力控制科技有限公司陕西西安710077

高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,... 详细信息

高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明:所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

关键词：航空发动机燃油泵齿轮泵卸荷槽设计困油模型

航空发动机燃油泵动静压滑动轴承润滑特性与参数影响分析

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推进技术 2024年

作者：符江锋仲世杰罗康刘显为魏士杰西北工业大学动力与能源学院中国兵器工业试验测试研究院中国航发西安动力控制科技有限公司

航空发动机燃油齿轮泵的滑动轴承长期工作在高温、高压和低黏介质极端工况下，极易诱发润滑失效，其润滑性能演变规律尚未完全探明。本文通过建立动静压混合润滑条件下燃油泵滑动轴承流体润滑模型，采用超声测量原理测试了燃油泵真实服... 详细信息

航空发动机燃油齿轮泵的滑动轴承长期工作在高温、高压和低黏介质极端工况下，极易诱发润滑失效，其润滑性能演变规律尚未完全探明。本文通过建立动静压混合润滑条件下燃油泵滑动轴承流体润滑模型，采用超声测量原理测试了燃油泵真实服役工况下的油膜厚度，验证了多个载荷条件滑动轴承润滑模型的油膜厚度计算准确性。最后，基于试验验证的润滑计算模型，研究了宽径比、偏心率和油槽位置对轴承润滑性能的影响规律。研究结果表明：计算的油膜厚度随工况变化规律与试验测点十分吻合，两者的平均计算误差为2.3%，此外，燃油泵负载增大会使得油膜的最小厚度向进口油槽处偏转，进而导致动压能力减弱，轴承在大负载工况的承载能力主要由静压提供。宽径比B/D由0.4增大至1.2时，会导致油膜温度沿周向降低1.2 ℃、而沿轴向升高0.5 ℃，偏心率增大会导致油膜厚度变小，混合润滑轴承中间截面处的动压提升0.43 MPa，设计滑动轴承的油槽位置应开在收敛楔形结构前端或者开扩楔形结构处，能提升轴承承载性能。

关键词：航空发动机燃油齿轮泵滑动轴承润滑油膜测试

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数字孪生机翼损伤模式快速识别与监测方法

航空动力学报 2024年第6期39卷 107-115页

作者：王子一粟华龚春林蔡艳芳丁轩鹤杨予成西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学空天飞行技术研究所西安710072 西安现代控制研究所西安710065

针对飞行器结构健康监测过程中存在的识别流程复杂、实时性较差问题,提出一种基于数字孪生技术的飞行器机翼损伤模式识别与监测方法。采用模块化技术构建飞行器机翼的数字孪生结构模型,基于概率神经网络建立了传感器数据在结构数字孪生... 详细信息

针对飞行器结构健康监测过程中存在的识别流程复杂、实时性较差问题,提出一种基于数字孪生技术的飞行器机翼损伤模式识别与监测方法。采用模块化技术构建飞行器机翼的数字孪生结构模型,基于概率神经网络建立了传感器数据在结构数字孪生模型中的映射方法,形成了通用的数字孪生飞行器结构损伤模式快速识别流程。以某无人机为例,基于此流程方法建立了其机翼的损伤模式快速识别模型并开展了对损伤的识别。结果表明:构建的飞行器结构数字孪生识别模型对损伤模式的识别准确率达到了96%以上,能够实现动态航迹规划任务。

关键词：结构健康监测数字孪生损伤模式模式识别概率神经网络

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高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析

航空学报 2024年第5期45卷 336-351页

作者：齐国宁吴宝海符江锋中国航发西安动力控制科技有限公司西安710077 西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 西北工业大学动力与能源学院西安710072

卸荷槽是缓解齿轮泵困油的有效措施,其设计合理与否直接影响齿轮泵的工作效率和寿命。本文给出了一种基于计算流体力学(CFD)的卸荷槽性能分析方法,重点开展了多种不同结构形式卸荷槽的性能对比研究,从困油压力、气体体积分数、出口流量... 详细信息

卸荷槽是缓解齿轮泵困油的有效措施,其设计合理与否直接影响齿轮泵的工作效率和寿命。本文给出了一种基于计算流体力学(CFD)的卸荷槽性能分析方法,重点开展了多种不同结构形式卸荷槽的性能对比研究,从困油压力、气体体积分数、出口流量、流量不均匀系数等多个技术指标评估对比了不同结构卸荷槽的工作性能。研究对比结果表明,卸荷槽F的结构形式与矩形、圆形及卸荷槽E相比综合性能最优,流量不均匀度仅为5.25%,困油压力峰值为18 MPa,具有困油压力小,容积效率高,流量品质高等优点,适用于高速、高压燃油齿轮泵方案设计;此外,在卸荷槽设计时,通过增大低压腔卸荷槽面积以及卸荷槽向低压腔偏移,有助于空化的抑制,并且能缓解困油,降低流量脉动,在新型卸荷槽F的结构设计时考虑该因素,可进一步提升卸荷槽的综合性能。

关键词：航空发动机燃油齿轮泵卸荷槽困油空化

航空发动机控制系统执行机构参数在线估计方法

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航空动力学报 2024年第8期39卷 393-403页

作者：季春生王元卢俊杰西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航发控制系统研究所江苏无锡214063

针对航空发动机控制系统因为执行机构性能退化而导致发动机控制品质降低或者严重时威胁发动机运行安全的状况,开展执行机构状态参数在线估计方法研究。在航空发动机实际执行机构控制回路实测信号较少的情况下,提出一种组合参数在线估计... 详细信息

针对航空发动机控制系统因为执行机构性能退化而导致发动机控制品质降低或者严重时威胁发动机运行安全的状况,开展执行机构状态参数在线估计方法研究。在航空发动机实际执行机构控制回路实测信号较少的情况下,提出一种组合参数在线估计方法,通过作动模式识别分类,基于无迹卡尔曼滤波以稳态模式输出估计电液伺服阀平衡电流,基于拟牛顿算法(BFGS)以动态模式输出估计执行机构增益和作动延迟时间,实现模型参数的在线更新,建立实时自适应执行机构模型。以某涡扇发动机导叶作动控制回路为对象进行仿真,结果表明:在只有作动位置单一参数可测的条件下,在不同作动状态下对执行机构控制回路的平衡电流估计误差优于±0.2 mA,执行机构增益估计误差优于±4%,作动延迟周期估计误差不超过1个控制周期,能够实时跟踪并较为准确地估计执行机构的工作状态,为航空发动机执行机构控制回路设计与故障诊断提供技术支撑。

关键词：航空发动机控制系统执行机构自适应模型参数估计模式识别分类状态跟踪