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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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带有ERSFD的航空弧齿锥齿轮动态特性

航空动力学报 2024年第2期39卷 221-234页

作者：任鸿飞王三民邹浩然陈鹏张旭阳西北工业大学机电学院西安710072

将弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)引入弧齿锥齿轮传动(SBGD)系统中以改善其动态特性。基于广义雷诺方程建立内外油膜控制方程,并通过半解析方法得到弹性环的变形,获得ERSFD油膜力后基于径向基(RBF)神经网络建立其近似模型,建立带有ERSF... 详细信息

将弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)引入弧齿锥齿轮传动(SBGD)系统中以改善其动态特性。基于广义雷诺方程建立内外油膜控制方程,并通过半解析方法得到弹性环的变形,获得ERSFD油膜力后基于径向基(RBF)神经网络建立其近似模型,建立带有ERSFD支撑的8自由度SBGD系统双向流固耦合动力学模型,借助分时迭代方法获得系统稳态响应。结果表明:内油膜压力沿圆周分段式分布,且沿偏移线为非对称分布;ERSFD的存在有效削弱了油膜力与偏心率之间的非线性关系;弹性环凸台厚度的增加,使系统振动响应的幅值整体下降,并抑制了5 200~8 200 r/min转速范围内系统的混沌行为,有效改善了SBGD系统动态特性。

关键词：弹性环式挤压油膜阻尼器弧齿锥齿轮雷诺方程非线性流固耦合混沌运动

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考虑气动-结构的高空螺旋桨多学科优化方法

航空动力学报 2024年第4期39卷 75-83页

作者：口启慧王海峰江泓鑫聂波西北工业大学航空学院西安710072

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋... 详细信息

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋势。为避免优化周期太长,提出以下阶段性优化方法。阶段1:根据上述Pareto解集拟合趋势和平台约束,确定最优桨径;阶段2:进行基于最优桨径的气动优化获得气动外形,结构优化获得结构方案。使用该方法对高空太阳能无人机螺旋桨优化,两个阶段耗时分别为96 h和4 h。对获得螺旋桨制造,仿真和试验,对比结果表明:推力最大误差为10.9%,质量误差为6.9%,刚度误差为15.2%,固有频率误差为15.4%,试验结果也表明该方法的合理有效性。

关键词：高空螺旋桨多学科优化 Pareto解集气动优化结构优化复合材料螺旋桨试验验证

基于格子Boltzmann方法的空泡溃灭过程模拟

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 42-48页

作者：张恒胡海豹西北工业大学航海学院陕西西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究.通过模拟给出了空泡溃灭过程... 详细信息

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究.通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系.结果表明:在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚.

关键词：多相流数值模拟空化格子Boltzmann方法伪势模型

基于PRSEUS结构的翼身融合民机中央机体球亏面框优化设计方法

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航空学报 2024年第12期45卷 115-133页

作者：张永杰周静飘石磊李栋张彬乾西北工业大学民航学院西安710072 西北工业大学航空学院西安710072

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、P... 详细信息

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、PRSEUS球亏面框有限元模型,数值模拟结果显示,PRSEUS球亏面框具有更好的承载性能、更低的结构重量。在此基础上,进一步对PRSEUS球亏面框开展敏度分析,对其静强度、稳定性的影响参数进行了梳理,对影响规律进行了归纳。通过分析关键参数在协同优化过程中的影响,筛选得到了一种基于代理模型的协同优化策略,该协同优化策略适用性强、优化效率高。利用该协同优化方法,对PRSEUS球亏面框的尺寸参数进行了优化。通过对优化结果的最优性分析,获得了兼顾静强度、稳定性的优化方案,优化后的PRSEUS球亏面框重量减轻了10.6%。设计的PRSEUS球亏面框承载效率高、稳定性能好,可为相关领域设计与研究人员提供参考。

关键词：翼身融合民机后压力框 PRSEUS结构代理模型协同优化

弯曲/倾斜静叶对涡轮单音噪声影响的数值分析

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航空学报 2024年第10期45卷 174-186页

作者：向康深陈伟杰连健欣乔渭阳西北工业大学动力与能源学院西安710129

以GE E3低压涡轮末级为研究对象,采用经过实验验证的流场/声场混合模型对弯曲静叶(−30°~30°)、倾斜静叶(−15°~15°)和部分角度下弯曲/倾斜组合静叶对涡轮气动性能和尾迹干涉单音噪声及位势干涉单音噪声的影响规律进行了研究。同时,... 详细信息

以GE E3低压涡轮末级为研究对象,采用经过实验验证的流场/声场混合模型对弯曲静叶(−30°~30°)、倾斜静叶(−15°~15°)和部分角度下弯曲/倾斜组合静叶对涡轮气动性能和尾迹干涉单音噪声及位势干涉单音噪声的影响规律进行了研究。同时,从流场和声场角度初步分析了弯曲/倾斜静叶的降噪机制。结果表明:孤立的大弯曲和大倾斜静叶有利于提高涡轮级效率,两者组合静叶甚至可能出现“1+1>2”的效率收益,而相对于尾迹干涉单音噪声,位势干涉单音噪声受静叶弯曲或倾斜的影响更大,取得的降噪收益也更明显;相对于孤立的弯曲或倾斜静叶,弯曲/倾斜组合静叶可以同时实现效率和噪声的双收益,最佳方案为弯曲20°/倾斜10°组合静叶,气动效率提升0.16%,同时获得1.84 dB的降噪收益;弯曲/倾斜静叶对效率的影响主要与二次流损失和叶型损失相关,而对噪声的影响主要与干涉强度和相位变化有关。总的来说,尽管弯曲/倾斜静叶不是新型设计方案,但是弯曲或倾斜静叶具备实现涡轮高效率和低噪声设计的潜力,其物理机制和降噪规律仍然值得开展大量研究,可为未来工程应用提供理论支撑。

关键词：弯曲/倾斜尾迹干涉单音噪声位势干涉单音噪声二次流叶型损失干涉强度

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亲水-超疏水相间表面通气减阻实验研究

力学学报 2024年第1期56卷 94-100页

作者：郭沛洋张毅张梦卓胡海豹西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循... 详细信息

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循环管道测试系统,测试了在湍流状态下,超疏水条带宽度与雷诺数对减阻效果的影响,并分析了对应的气膜铺展状态及其对减阻特性的影响.结果表明,亲水-超疏水相间表面持续通气能解决表面气膜层的流失问题,实现气膜层的长时间稳定维持;表面减阻率随水流速度(雷诺数)的增大呈现降低趋势,且表面气膜稳定性逐渐降低;表面减阻率随超疏水条带宽度增加呈现出先增后减的趋势,并在超疏水条带宽度为5.0 mm时达到最大,最大减阻率为40.2%.分析原因在于,超疏水条带较窄时,高剪切应力的液固界面占比较高,带来了较高的阻力;而条带较宽时,表面气膜层稳定性不佳.因而在某一流动状态下,存在最为合适的超疏水条带宽度,使得减阻效果最佳.

关键词：超疏水表面减阻通气气膜湍流

冷却速率对La基非晶合金β弛豫行为和应力弛豫的影响

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物理学报 2024年第3期73卷 188-198页

作者：孟绍怡郝奇王兵段亚娟乔吉超西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 西北工业大学物理科学与技术学院西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135

β弛豫行为及应力弛豫是探索非晶合金微观结构非均匀性的重要切入口.β弛豫行为及应力弛豫与非晶合金扩散、玻璃转变行为以及塑性变形等密切相关,探究它们之间关联有重要科学意义.本文以典型的La基非晶合金作为研究载体,系统地探究了通... 详细信息

β弛豫行为及应力弛豫是探索非晶合金微观结构非均匀性的重要切入口.β弛豫行为及应力弛豫与非晶合金扩散、玻璃转变行为以及塑性变形等密切相关,探究它们之间关联有重要科学意义.本文以典型的La基非晶合金作为研究载体,系统地探究了通过不同冷却速率所得块体样品与条带样品的β弛豫特征及应力弛豫行为.结果表明,冷却速率是控制玻璃体系能量状态,进而影响其物理力学性能的重要参数.冷却速率越大,低温内耗更大,对应β弛豫激活能更小,β弛豫行为在温度谱中展宽更大,表明高冷却速率导致原子移动性更大,微观尺度结构非均匀程度更高.基于应力弛豫测量与分析,发现高冷却速率变形特征时间减小,归一化应力衰减幅度更大,在外加力场作用下更易变形,变形单元更易激活以容纳结构形变.本研究为进一步厘清非晶合金β弛豫、变形及微观结构非均匀性之间关联提供了思路.

关键词：非晶合金 β弛豫冷却速率应力弛豫微观结构非均匀性

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基于Kriging模型和代理抽样的分布参数不确定性灵敏度分析方法

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机械工程学报 2024年第8期60卷 370-383页

作者：程洪鑫李璐祎周长聪西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工... 详细信息

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工程实际难以接受的问题,通过建立分布参数和输出统计特征值之间的Kriging模型,解决分布参数灵敏度分析计算量随输入变量及其分布参数维度增加呈指数形式增长的问题,又引入代理抽样概率密度函数对输入变量进行高效抽样,解除求解输出统计特征值时的计算量对输入变量分布参数维度的依赖性。数值和工程算例结果表明,所提方法能够在保证计算精度的同时,大大降低分布参数灵敏度分析的计算量。

关键词：分布参数不确定灵敏度分析 Kriging代理模型代理抽样概率密度函数