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微型涡喷发动机转速控制系统设计与验证

航空工程进展 2024年

作者：袁星宇徐锦法南京航空航天大学航空学院

微型涡喷发动机控制系统在发动机运行过程中起重要作用。从总体架构出发设计某微型涡喷发动机的系统控制结构，针对传统PID控制效果不佳的问题，提出基于线性自抗扰控制（LADRC）技术的转速控制律设计方法；开展系统硬件实现和软件开发... 详细信息

微型涡喷发动机控制系统在发动机运行过程中起重要作用。从总体架构出发设计某微型涡喷发动机的系统控制结构，针对传统PID控制效果不佳的问题，提出基于线性自抗扰控制（LADRC）技术的转速控制律设计方法；开展系统硬件实现和软件开发研究，运用STM32F103VET6嵌入式微处理器研制发动机转速控制器硬件实物；针对半桥式油泵驱动电路存在桥臂直通隐患，设计可控制MOSFET导通的延时电路，采用三层软件架构完成转速测量、闭环控制等程序设计、开发、调试；构建转速控制系统试验验证平台，测试、验证油泵驱动电路和延时电路以及转速控制系统。结果表明：驱动电路具有稳定可靠的通断特性，设计构建的控制系统能够实时监测发动机运行参数并控制发动机转速跟随目标转速，调节速度快、稳态误差小，满足微型涡喷发动机控制系统应用需求。

关键词：微型涡喷发动机转速控制系统线性自抗扰控制器电子控制器半桥式驱动电路

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脉冲信号的奇异性分布熵特征分析

实验流体力学 2024年第1期38卷 91-102页

作者：王璐陈志菲陈希招启军鲍明航天工程大学航天信息学院北京101416 中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室北京100190 南京航空航天大学旋翼飞行器空气力学国家重点实验室南京210016 西北工业大学自动化学院西安710072 南京大学功能材料与智能制造研究院南京215163

为了对低信噪比复杂环境下脉冲信号的奇异性差异进行有效的分析和标定,提出了一种基于模极大值理论的奇异性分布熵特征分析模型。首先对脉冲信号进行归一化并进行小波变换,计算各尺度下模极大值及其特定分布,可以体现具有奇异性差异的... 详细信息

为了对低信噪比复杂环境下脉冲信号的奇异性差异进行有效的分析和标定,提出了一种基于模极大值理论的奇异性分布熵特征分析模型。首先对脉冲信号进行归一化并进行小波变换,计算各尺度下模极大值及其特定分布,可以体现具有奇异性差异的模极大值曲线族。为定量描述这种差异性,用熵值表达构成模极大值曲线族的模极大值点分布,并构建能有效分析脉冲信号奇异性差异的奇异性分布熵特征模型。该模型能对低噪比下信号的奇异性差异进行刻画。实验结果表明,在信噪比为-6 dB的环境下对典型的直升机脉冲信号(桨/涡干扰信号和高速脉冲信号)进行分析,能够得到89.25%和87.63%的正确率。

关键词：脉冲信号桨/涡干扰信号高速脉冲信号奇异性特征分析

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过失速重新定向机动过程气动特性建模

空气动力学学报 2024年第5期42卷 72-80页

作者：孔轶男伍彬汪清陈功余婧中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000 空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 南京航空航天大学航空学院南京210016 上海机电工程研究所上海201100

以过失速重新定向技术为基础的自翻转越肩飞行器与传统越肩发射飞行器相比,具有响应时间短、机动性能高、射程远等优势。本文针对飞行器过失速重新定向机动过程,基于CFD动态计算数据分析了该过程中的飞行器气动特性,通过改进微分方程模... 详细信息

以过失速重新定向技术为基础的自翻转越肩飞行器与传统越肩发射飞行器相比,具有响应时间短、机动性能高、射程远等优势。本文针对飞行器过失速重新定向机动过程,基于CFD动态计算数据分析了该过程中的飞行器气动特性,通过改进微分方程模型成功描述了机动过程中的迟滞环效应,同时验证了最小二乘支持向量机方法在此建模问题中的适用性。本文的建模方法可以准确捕捉飞行器过失速重新定向机动过程中的非线性非定常气动特性,为飞行器过失速重新定向机动控制律设计提供模型基础。

关键词：过失速重新定向越肩发射动态计算数据气动特性建模

基于深度学习的高速直升机旋翼翼型气动优化设计

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航空学报 2024年第9期45卷 79-91页

作者：柳家齐陈荣钱楼锦华韩旭吴昊尤延铖厦门大学航空航天学院厦门361005

针对高速直升机旋翼翼型的气动优化问题,建立了一种基于深度学习的翼型多目标气动优化框架。首先,搭建深度神经网络预测旋翼翼型气动力系数的代理模型。以SC1095旋翼翼型作为基准翼型,采用CST方法对翼型进行参数化表示,采用拉丁超立方... 详细信息

针对高速直升机旋翼翼型的气动优化问题,建立了一种基于深度学习的翼型多目标气动优化框架。首先,搭建深度神经网络预测旋翼翼型气动力系数的代理模型。以SC1095旋翼翼型作为基准翼型,采用CST方法对翼型进行参数化表示,采用拉丁超立方采样方法生成用于深度神经网络训练的翼型数据集。综合考虑直升机前飞、机动和悬停状态等多设计点的气动性能,开展了基于深度神经网络的代理模型结合多岛遗传算法的高速直升机旋翼翼型多目标气动优化设计。优化结果显示:相比于基准翼型,在没有损失悬停和机动性能的前提下,优化翼型显著改善了前飞性能。分别采用基准翼型和优化翼型建立共轴刚性旋翼,计算并分析前飞状态下基准旋翼和优化旋翼的气动性能,结果表明优化翼型可以显著地提升高速直升机旋翼的气动性能。

关键词：旋翼翼型气动优化深度学习代理模型共轴刚性旋翼

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齿轮表面摩擦学设计与表面织构化研究进展

中国表面工程 2024年第4期37卷 61-78页

作者：周镇宇陈东琦袁常生戴庆文黄巍王晓雷中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室中国航发湖南动力机械研究所南京航空航天大学机电学院

我国国防事业的飞速发展对航空高速齿轮提出了更高要求，而有关齿轮副表面摩擦学设计仍是薄弱环节。表面织构技术已成为摩擦学领域的研究热点，在减摩抗磨、减振、抗粘附和抗蠕爬等多个领域展示出良好的应用潜力。有关齿面织构化设计研... 详细信息

我国国防事业的飞速发展对航空高速齿轮提出了更高要求，而有关齿轮副表面摩擦学设计仍是薄弱环节。表面织构技术已成为摩擦学领域的研究热点，在减摩抗磨、减振、抗粘附和抗蠕爬等多个领域展示出良好的应用潜力。有关齿面织构化设计研究尚处于起步阶段，还远未能形成规范成熟的设计理念和方法。对当前在齿轮表面摩擦学设计及表面织构化方面的研究工作进行全面综述。首先从齿轮表面摩擦学设计基本要求展开介绍，指出表面粗糙度和表面纹理是齿轮副表面摩擦学设计的关键，而大量研究已经证实，不管是滚动还是滑动摩擦，并非表面越光滑摩擦学性能越优异，在齿轮副表面织构化设计方面的研究工作已经展开。随后对现有齿轮副表面织构化的研究工作进行梳理，总结齿面织构化处理后带来的性能增益，主要包括减摩抗磨效应、表面强化效应、减振和降温效应。接着，介绍齿轮弹流润滑数值计算方面的研究进展，总结在表面纹理、表面织构对齿轮副的弹流润滑特性影响机制方面的研究。随后，对齿轮副表面织构加工技术进行对比分析，主要包括织构激光刻蚀、织构掩膜电解和织构微磨料射流等特种加工技术的优劣。对现有研究不足和潜在研究方向进行展望，从织构设计和加工等方面对齿轮表面织构化设计提供指导，研究结果可为未来航空高速齿轮副表面织构化设计提供科学指导和数据支撑，填补该领域研究空白并扩大表面织构应用领域。

关键词：齿轮表面织构表面粗糙度表面纹理弹流润滑滚滑工况

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高速对转涵道风扇双驱动电机的热特性

航空学报 2024年第8期45卷 146-161页

作者：黄维康张卓然达兴亚袁培博高华敏南京航空航天大学自动化学院南京210016 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所绵阳621000

提出一种适用于高速巡航的对转涵道风扇的双电机驱动架构,采用对转风扇-风扇-电机-电机(FFMM)的布局设计。在该驱动架构中,前后级驱动电机根据气动需求具有不同的功率和尺寸。FFMM布局的双电机驱动架构整体安装在涵道中心体内,有利于提... 详细信息

提出一种适用于高速巡航的对转涵道风扇的双电机驱动架构,采用对转风扇-风扇-电机-电机(FFMM)的布局设计。在该驱动架构中,前后级驱动电机根据气动需求具有不同的功率和尺寸。FFMM布局的双电机驱动架构整体安装在涵道中心体内,有利于提高对转涵道风扇的气动性能,然而同一腔体内的双电机间存在热耦合和绕组间空腔的积温现象,难以判断风扇运行过程的电机温升情况和基于对转风扇气流的冷却效果。分析了所提FFMM布局的双电机驱动架构在不同工况下的电机损耗分布特性;探究了电机间热耦合对前后电机温升的影响,并对电机间积温空腔热网络模型进行优化;为平衡中心体内前后电机的温度分布,减少中心体结构轴向长度,采用环状导热片结构调节双电机间的热耦合程度,有效提高电机间积温空腔的散热性能并优化前后电机的温升分布。基于高速对转涵道风扇搭建实验平台并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明直接风冷条件下FFMM布局高速对转涵道风扇有着较强的散热能力,并且环状导热片对FFMM布局的中心体内部温度的分布有着更好的冷却效果。

关键词：航空电推进电推进飞机对转涵道风扇驱动电机热分析

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可变直径旋翼直升机飞行性能及操纵策略

海军航空大学学报 2024年第5期39卷 546-556页

作者：梅挺节张夏阳周旭苏金周南京航空航天大学航空学院江苏南京210016

可变直径旋翼作为旋翼变体技术的重要组成部分,能够有效解决旋翼自适应工作在高性能状态下的需求。为获得可变直径旋翼对直升机飞行性能的影响,首先,建立了一套直升机全机飞行力学模型,并开展可变直径旋翼对直升机垂直和水平飞行性能的... 详细信息

可变直径旋翼作为旋翼变体技术的重要组成部分,能够有效解决旋翼自适应工作在高性能状态下的需求。为获得可变直径旋翼对直升机飞行性能的影响,首先,建立了一套直升机全机飞行力学模型,并开展可变直径旋翼对直升机垂直和水平飞行性能的影响分析,结果表明:通过增加旋翼直径可以有效提高垂直爬升率、实用悬停升限和悬停效率,缩短旋翼直径则能增加航时、航程和最大前飞速度。然后,给出了一套需用功率计算方法,分析了可变直径旋翼直升机不同飞行状态的需用功率变化规律。最后,根据需用功率最小原则并考虑操纵复杂度,制定了一套直升机旋翼变直径操纵策略。

关键词：可变直径旋翼飞行力学模型直升机操纵策略

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表面织构对齿轮等温弹流润滑性能的影响

摩擦学学报 2024年

作者：袁常生沈瑞戴庆文黄巍王晓雷南京航空航天大学机电学院中国航发湖南动力机械研究所

表面织构作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的技术，得到了国内外研究人员的广泛关注。为利用表面织构提升航空齿轮副服役性能，本研究中采用三维等温线接触弹流润滑模型，分析了齿轮副表面在齿顶、分度圆和齿根3个典型啮合位置下不同... 详细信息

表面织构作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的技术，得到了国内外研究人员的广泛关注。为利用表面织构提升航空齿轮副服役性能，本研究中采用三维等温线接触弹流润滑模型，分析了齿轮副表面在齿顶、分度圆和齿根3个典型啮合位置下不同几何参数圆凹坑织构的弹流润滑性能，预测了在各啮合点的最优圆凹坑几何参数，并分析了织构形状对润滑性能的影响。数值计算结果表明：特定参数下表面织构可增加齿面的局部膜厚，提高齿面润滑性能。圆形织构在3个典型啮合位置的最优深径比为0.06，而最优的面积率则在齿根处和分度圆处较小，分别为5%和12%。而在不同织构形状的分析上，圆形织构就最优的润滑性能上表现最佳，矩形织构次之，而椭圆织构较差，其原因可归结于织构收敛楔的大小和形状导致的附加流体动压效应对齿轮弹性变形的影响，这会改变接触面的油膜厚度，圆形和矩形织构具有较宽的收敛楔，使得接触面的平均油膜厚度要更大。

关键词：等温线接触表面织构弹流润滑

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束腰型膜片联轴器刚度阻尼仿真与试验分析

机械传动 2024年第4期48卷 116-125页

作者：洪运王旦农苏朱如鹏陈蔚芳南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

膜片联轴器的刚度、阻尼特性是分析含膜片联轴器传动系统振动特性的基础。基于An⁃sys有限元仿真软件,考虑接触非线性及大变形效应,仿真分析了膜片联轴器扭转、轴向、角向和径向静刚度特性以及扭转和轴向动力学特性;分析了膜片螺栓孔分... 详细信息

膜片联轴器的刚度、阻尼特性是分析含膜片联轴器传动系统振动特性的基础。基于An⁃sys有限元仿真软件,考虑接触非线性及大变形效应,仿真分析了膜片联轴器扭转、轴向、角向和径向静刚度特性以及扭转和轴向动力学特性;分析了膜片螺栓孔分布圆直径、螺栓孔径、膜片最小宽度和膜片厚度等膜片结构参数对静刚度的影响;进行静态、动态扭转和轴向拉伸试验,验证了仿真结果的正确性。结果表明,膜片螺栓孔分布圆直径与膜片厚度对膜片各向刚度影响较大,可通过类椭圆函数建立膜片联轴器动力学模型,求解获得膜片振动1周期内非线性刚度及等效阻尼系数变化。

关键词：膜片联轴器有限元刚度阻尼