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多孔Ti基吸气剂的分子动力学仿真与性能表征

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真空科学与技术学报 2024年

作者：王天鹏郑康谷丹丹吕文龙宋运康王凌云厦门大学中航工业西安飞行自动控制研究所

吸气剂对维持MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）器件真空度起着至关重要的作用，目前常见的提升吸气剂性能的方法是在大比表面积的多孔支架上沉积吸气剂。为了验证多孔结构对提升吸气剂性能的突出作用，使用分子动力学仿真软件La... 详细信息

吸气剂对维持MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）器件真空度起着至关重要的作用，目前常见的提升吸气剂性能的方法是在大比表面积的多孔支架上沉积吸气剂。为了验证多孔结构对提升吸气剂性能的突出作用，使用分子动力学仿真软件Lammps对薄膜型吸气剂和多孔支架吸气剂的吸附行为进行了仿真，仿真结果表明多孔支架吸气剂的吸气量是薄膜型吸气剂的2.69倍。使用磁控溅射法分别在硅和多孔镍支架表面沉积了一层Ti吸气剂，用热重法分别对两者的吸气性能做了测试，结果表明，多孔支架型吸气剂的吸气量（0.5961mg ）是薄膜型吸气剂（0.2829mg）的2.11倍。采用定压法对两种类型的吸气剂分别做了定压法气体吸附试验，多孔镍支架Ti吸气剂的吸气容量(2.1610-3Pa·ml/cm2)是薄膜型(6.7410-4Pa·ml/cm2)的3.2倍。

关键词： Ti基吸气剂分子动力学模拟多孔镍支架热重法定压法

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Bump进气道超声速稳定工作机制

航空学报 2024年

作者：朱宇程健慧陈诚黄河峡谭慧俊航空工业沈阳飞机设计研究所南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室

为确保超声速Bump进气道在全包线范围内与发动机高效匹配，本文探讨了提升其稳定工作裕度的主导机制。以四唇缘前掠外罩Bump进气道为研究对象，分析了其在设计马赫数下从超临界到亚临界工况的三维流动结构演化。研究结果表明，在小流量... 详细信息

为确保超声速Bump进气道在全包线范围内与发动机高效匹配，本文探讨了提升其稳定工作裕度的主导机制。以四唇缘前掠外罩Bump进气道为研究对象，分析了其在设计马赫数下从超临界到亚临界工况的三维流动结构演化。研究结果表明，在小流量(或高反压)条件下，前掠外罩与锥导鼓包相结合的进气道压缩面上，正激波/边界层干扰产生三维分离涡流，并将涡流排移至进口外部。相比之下，相同前掠外罩与平面楔组合的进气道在小流量条件下，分离流呈现出“准二维”流态且大部分被吸入至进气道内部，其稳定裕度较鼓包进气道较窄。因此，产生三维分离涡流，并将其排移至管外是提升Bump进气道气动性能、拓宽稳定工作裕度的核心机制。

关键词： Bump进气道激波/边界层干扰分离流进发匹配流动控制

基于超参数双调和方程代理模型的航空燃油离心泵多目标优化

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推进技术 2024年

作者：仲世杰符江锋刘显为魏鹏飞殷德文西北工业大学动力与能源学院四川天府新区西工大先进动力研究院中航工业西安航空动力控制科技有限公司

为解决航空燃油离心泵性能参数高度非线性导致的代理模型构建准确性差的问题，本文提出超参数寻优的双调和方程代理模型方法。研究首先应用基于方差的敏感度分析方法验证超参数有效性并探究其作用机理。进而在与粒子群优化算法对比的基... 详细信息

为解决航空燃油离心泵性能参数高度非线性导致的代理模型构建准确性差的问题，本文提出超参数寻优的双调和方程代理模型方法。研究首先应用基于方差的敏感度分析方法验证超参数有效性并探究其作用机理。进而在与粒子群优化算法对比的基础上，通过贝叶斯优化实现超参数快速寻优，使代理模型自动提升预测精度。算例验证中，基于所构建的扬程和效率超参数双调和方程代理模型，实现了航空燃油离心泵多目标优化。研究结果表明：超参数的引入能够实现双调和方程代理模型的结构可变性，同时其高阶交互效应是影响代理模型准确性的主要原因；贝叶斯优化能够实现超参数双调和方程代理模型的自动寻优，对比粒子群优化其加速比达到17.62；优化后代理模型预测精度得到大幅提高，校准决定系数Radj2从0.82增加为0.96，提高17.1%；航空燃油离心泵扬程和效率超参数双调和方程代理模型损失函数值极低，能够描述结构参数和扬程、效率间的映射关系；经过多目标优化，航空燃油离心泵扬程提升0.041 m，效率提升0.76%，且优化后离心泵流道内高速流团得到抑制，叶片载荷梯度得到显著改善。

关键词：航空燃油离心泵双调和方程代理模型超参数贝叶斯优化多目标优化

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旋转爆震火箭发动机推进性能分析

推进技术 2024年第2期45卷 17-28页

作者：朱亦圆王可范玮浙江科技学院能源与环境系统工程系浙江杭州310023 西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室陕西西安710129

针对旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine,RDE)燃烧室简化二维流场,采用流场分区,建立了一种适用于RDE工作特性的性能分析模型,可快速准确地估算RDE的推进性能。模型考虑了燃烧室内气流膨胀过程中的气流角度匹配,可准确描述存在... 详细信息

针对旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine,RDE)燃烧室简化二维流场,采用流场分区,建立了一种适用于RDE工作特性的性能分析模型,可快速准确地估算RDE的推进性能。模型考虑了燃烧室内气流膨胀过程中的气流角度匹配,可准确描述存在单个爆震波时的基本流场结构特征,包括爆震波倾斜角度、斜激波角度、滑移线角度等,结果与已有文献的研究结果一致性较高。根据模型流场中所取控制体的进出口参数,可得理想膨胀状态下RDE的推进性能,估算结果与已有性能估算模型吻合较好,与已有实验数值偏差为8%。经验证推导,模型亦可用于多波模态。采用该性能分析模型对比研究了不同反应物当量比、进气总压和总温下火箭式RDE的推进性能。研究表明,性能分析模型可准确反映RDE燃烧室的非稳态流场特征,且可快速准确地估算RDE的推进性能,为RDE推进性能的评估提供了简便可靠的方法。

关键词：旋转爆震发动机性能分析模型流场结构理想膨胀推进性能

基于双向优化策略的航空发动机多变量加速控制规律优化研究

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推进技术 2024年第6期45卷 258-269页

作者：姜威尹金星郑前钢张海波南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016 航空工业成都飞机设计研究所四川成都610091

针对航空发动机传统加速优化采用并行优化方法,未能有效利用燃油与几何变量的配合作用,提出了一种基于双向优化策略的加速控制规律优化方法。并行单向优化方法中的目标函数集中在发动机当前性能上,燃油的主导作用限制了紧贴约束边界优... 详细信息

针对航空发动机传统加速优化采用并行优化方法,未能有效利用燃油与几何变量的配合作用,提出了一种基于双向优化策略的加速控制规律优化方法。并行单向优化方法中的目标函数集中在发动机当前性能上,燃油的主导作用限制了紧贴约束边界优化过程几何变量的调节范围;而几何变量是通过增加空气流量、提高旋转部件效率等措施改善燃油流量的变化速率来间接提高发动机加速性能。因此,双向优化策略根据控制量在提高加速性作用方式的不同,将多变量并行优化分解为燃油单变量和几何多变量优化,并分别采用不同的目标函数,通过确定的加速燃油控制规律正向优化几何加速调节规律,然后根据几何调节规律反向求解加速燃油控制规律。仿真结果表明:在正向优化过程中,喘振裕度不再紧贴约束限制线,优化后的加速时间从4.44 s缩短至3.32 s,双向优化策略的加速时间优于传统并行方法,且优化出的多变量控制规律更平稳,更便于线性化。

关键词：航空发动机涡扇发动机加速优化双向优化策略几何调节规律

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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年第11期 109-114页

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，在故障隔离失败情况下甚至会引发飞行安全问题。鉴于此，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... 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，在故障隔离失败情况下甚至会引发飞行安全问题。鉴于此，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，所提方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自适应渐消矩阵

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内封严流对预旋系统性能影响的实验研究

航空学报 2024年

作者：张越刘高文李鹏飞张晓泽林阿强中航工程集成设备有限公司西北工业大学动力与能源学院航空工业金城南京机电液压工程研究中心西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室

预旋供气系统在航空燃气涡轮发动机中承担着为涡轮转子叶片提供冷气的作用。为获得内封严流对预旋供气系统的影响规律，搭建了高压比高转速的预旋供气系统实验平台，通过测量系统各关键截面的压力、温度等参数，分析了内封严进气及出气... 详细信息

预旋供气系统在航空燃气涡轮发动机中承担着为涡轮转子叶片提供冷气的作用。为获得内封严流对预旋供气系统的影响规律，搭建了高压比高转速的预旋供气系统实验平台，通过测量系统各关键截面的压力、温度等参数，分析了内封严进气及出气流量对预旋系统的压力、温度分布及系统功耗、温降效率的影响规律，并针对内封严进气对预旋系统可能产生的不利影响，提出了一种用于将内封严流引出的旁通结构。结果表明，内封严出气对预旋系统影响较小，在实验工况下，系统温降效率最大变化不超过1.9%；内封严进气会对预旋系统产生显著负面影响，在压比为1.6的工况下，内封严进气流量增大时温降效率最大降低了21.8%；内封严旁通结构可以有效阻止内封严流在预旋腔内与主流的掺混，降低预旋腔内的压力与温度，在压比1.6，内封严占比15%的工况下气流做功量提高了37.8%，系统温降效率增加了28.0%。

关键词：航空发动机预旋供气系统内封严流旁通结构实验测量

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

阀芯参数影响下非对称喷嘴挡板压力伺服阀静态特性分析

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机械科学与技术 2024年

作者：葛声宏吴河灯周振锋孙牧朱玉川南京航空航天大学机电学院中航工业南京伺服控制系统有限公司

为研究阀芯结构参数对非对称喷嘴挡板压力伺服阀静态特性的影响，通过AMESim软件建立非对称压力阀的仿真模型，采用控制变量法，研究参数变化对静态特性影响规律，并对比分析了对称结构与非对称结构压力伺服阀的压力特性。结果表明，重... 详细信息

为研究阀芯结构参数对非对称喷嘴挡板压力伺服阀静态特性的影响，通过AMESim软件建立非对称压力阀的仿真模型，采用控制变量法，研究参数变化对静态特性影响规律，并对比分析了对称结构与非对称结构压力伺服阀的压力特性。结果表明，重叠量主要影响着死区电流，而阀芯面积比对各静态特性具有显著影响，阀芯直径变化对静态特性基本无影响，径向间隙的存在减小了滞环以及死区电流，对称结构下压力伺服阀具有更大的死区电流以及压力增益。本文建立的AMESim模型及其参数对比分析能够为压力伺服阀的结构设计及优化提供参考。

关键词：压力伺服阀静态特性 AMESim