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涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性研究

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西安交通大学学报 2024年第7期58卷 170-178页

作者：范博超张小栋熊逸伟黄鑫戴飞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

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足,利用叶尖间隙具有三维特征的特点,提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础,分析了航空发动机涡轮... 详细信息

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足,利用叶尖间隙具有三维特征的特点,提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础,分析了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角对三维叶尖间隙的影响规律。首先,建立了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统有限元模型;其次,在叶片尾缘处引入贯穿裂纹,通过瞬态动力学分析计算了在不同横滚角、俯仰角裂纹作用下叶片的变形;最后,采用三维叶尖间隙计算方法获取了叶片三维叶尖间隙时域波形及频谱,研究了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性。计算结果表明:裂纹的出现会降低叶片刚度,从而影响叶片的三维叶尖间隙;叶片三维叶尖间隙随裂纹横滚角的增大而减小,随裂纹俯仰角的增大先减小后增大;随着裂纹两类方位角变化,不同测点位置的叶尖径向间隙基本谐波分量峰值变化率的差值最大为6.1%,周向滑移角和轴向偏转角基本谐波分量峰值变化率的差值小于0.12%,可见综合三维叶尖间隙能够更准确地反映裂纹信息。

关键词：涡轮叶片裂纹三维叶尖间隙动态响应特性有限元分析

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几何构型对AA5052板材渐进成形过程摩擦特性的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：杨光灿张大伟田冲赵升吨西安交通大学机械工程学院

本工作将表面形貌及其特征参数与塑性应变、接触压强及面积结合，分析了几何构型(包括壁角、板厚、工具半径、平面曲线特征)对AA5052板材增量成形过程摩擦特性的影响。结果表明：当壁角≤40°、0.5mm的薄板、10mm的大工具半径成形时，... 详细信息

本工作将表面形貌及其特征参数与塑性应变、接触压强及面积结合，分析了几何构型(包括壁角、板厚、工具半径、平面曲线特征)对AA5052板材增量成形过程摩擦特性的影响。结果表明：当壁角≤40°、0.5mm的薄板、10mm的大工具半径成形时，表面形貌有利于润滑和支撑，界面发生微犁沟和塑性挤压作用，表现出较小的摩擦系数。当壁角＞40°时，应变粗糙化显著，导致新生表面未及时被润滑。而增加板厚和减小工具半径会增大接触压强。上述作用会触发微切削和粘着作用，甚至发生局部咬死形成韧窝撕裂，表现出更高的摩擦系数。零件的平面曲线特征并不会影响界面的摩擦作用机制。此外，还发现随着成形过程的进行，磨粒磨损加剧，表面形貌向着不利于润滑减摩方向演变。

关键词： AA5052板材渐进板材成形几何构型表面形貌特征摩擦机制

颗粒物沉积与平板气膜冷却耦合效应的数值研究

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航空动力学报 2024年第5期39卷 107-118页

作者：伍赫郝子晗杨星丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049

基于颗粒物沉积模型与动网格技术,研究了不同冷气质量流量比与颗粒物直径下气膜冷却平板表面的沉积特性及颗粒形成沉积物后对平板气膜冷却性能的影响。结果表明:在颗粒速度较低时,冷气射流对颗粒的吹拂作用使其难以在气膜孔下游沉积,且... 详细信息

基于颗粒物沉积模型与动网格技术,研究了不同冷气质量流量比与颗粒物直径下气膜冷却平板表面的沉积特性及颗粒形成沉积物后对平板气膜冷却性能的影响。结果表明:在颗粒速度较低时,冷气射流对颗粒的吹拂作用使其难以在气膜孔下游沉积,且冷气射流结构对颗粒的阻隔与卷吸作用使得气膜孔下游两侧形成明显的脊状沉积带;平板表面的沉积效率随颗粒直径的变化呈现双峰分布;在较大的质量流量比下,冷气射流两侧拢起的脊状沉积带会使得气膜冷却效率显著提高,相比沉积前最大提升了6.15%;同时,颗粒沉积物能增强冷气的横向扩散,使得横向平均冷却效率有一定程度的提升。总体而言,颗粒沉积物对气膜冷却性能的影响由沉积分布特征与沉积量共同决定。

关键词：颗粒物沉积气膜冷却冷气质量流量比斯托克斯数动网格

用于液体火箭发动机故障诊断的深度特征可解释方法

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机械科学与技术 2024年

作者：滕天祥宋春朱俊杰钟志荣马猛西安交通大学机械工程学院航天推进技术研究院西安交通大学未来技术学院

液体火箭发动机是进出太空的核心动力装置，开展故障诊断研究有助于提高其可靠性和安全性。发动机在地面热试车和飞行中，监测系统会采集多个传感器的监测数据。然而目前的方法难以对传感器数据的长时序性特征和空间特征进行建模，提出... 详细信息

液体火箭发动机是进出太空的核心动力装置，开展故障诊断研究有助于提高其可靠性和安全性。发动机在地面热试车和飞行中，监测系统会采集多个传感器的监测数据。然而目前的方法难以对传感器数据的长时序性特征和空间特征进行建模，提出了一种融合特征可解释的循环卷积神经网络（1D RCNN）的故障诊断方法。首先，一维卷积运算（1D CNN）通过时序信号的卷积操作，实现传感器时序数据的空间特征提取；进而利用循环网络模型（Bi-LSTM）对数据的长期依赖关系进行建模。为了获取不同传感器特征信号的重要性，通过注意力机制模块自适应捕捉不同时间步信息的敏感性和特征重要性。最后，通过液体火箭发动机系统的多种典型故障仿真数据，对提出的算法进行验证。结果表明，提出的方法能够识别出不同特征的重要性，在液体火箭发动机稳态阶段仿真数据中其诊断准确率达到96%。

关键词：特征可解释双长短时记忆网络注意力机制卷积运算液体火箭发动机

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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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局域共振弹性超材料梁禁带宽度的拓宽方法

西安交通大学学报 2024年

作者：王岗万少可洪军李乐乐刘硕李小虎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交通大学机械工程学院

针对传统局域共振弹性超材料存在禁带宽度窄的问题，引入非均匀分布振子设计方法，在不改变振子总质量的前提下实现了禁带拓宽。首先，利用谱元法（SEM）建立通用的弹性超材料梁模型，对单、双层均匀振子超材料梁结构的振动传递特性进... 详细信息

针对传统局域共振弹性超材料存在禁带宽度窄的问题，引入非均匀分布振子设计方法，在不改变振子总质量的前提下实现了禁带拓宽。首先，利用谱元法（SEM）建立通用的弹性超材料梁模型，对单、双层均匀振子超材料梁结构的振动传递特性进行分析；然后，保持振子总质量相等，提出了单、双层非均匀振子超材料梁的设计策略;最后，设计实验装置对所提结构的抑振性能进行测试。研究结果表明：振子间的特征频率差异越大，最终形成的禁带宽度越宽，但禁带范围内频响曲线会大幅度波动，可通过加入适当阻尼抑制这种波动，使禁带曲线变得平稳；对于双振子超材料梁，振子的质量比和阻尼均会对结构的禁带特性产生影响；在给定条件下，单层非均匀、均匀振子超材料梁分别形成带宽为440、68 Hz的禁带，双层非均匀、均匀振子超材料梁分别形成带宽为395、40 Hz的禁带。研究表明提出的超材料结构能够有效实现振动抑制，可为周期结构的振动问题提供一种新的调控方法。

关键词：弹性超材料局域共振谱元法振动抑制非均匀振子

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基于应变测量的动-静扭矩传感方法研究

机械工程学报 2024年

作者：董光旭林睿深罗亚军彭裕阳余文涯张秉豪邱兰合肥工业大学机械工程学院西安交通大学航天航空学院

在轴间串接扭矩传感器开展扭矩测量会因负载效应导致扭矩测量精度降低，且常用的扭矩传感器仅能测试静态扭矩或动态扭矩。为兼顾静态扭矩和动态扭矩的高精度测量，提出一种基于应变测量的动-静扭矩传感方法，首先建立扭转轴的扭转变形... 详细信息

在轴间串接扭矩传感器开展扭矩测量会因负载效应导致扭矩测量精度降低，且常用的扭矩传感器仅能测试静态扭矩或动态扭矩。为兼顾静态扭矩和动态扭矩的高精度测量，提出一种基于应变测量的动-静扭矩传感方法，首先建立扭转轴的扭转变形力学模型，推导了扭转角随扭矩的变化关系，结合有限元仿真研究了扭转轴的应变分布规律，确定应变片布片位置，通过将应变片以惠斯通全桥接线的方式连接来获取扭转加载条件下的主应变信号，并将主应变信号在设计的传感系统中进行调制实现扭转主应变到扭矩信号的转换，从而实现静态扭矩和动态扭矩的高精度测量。最后，基于MechanicalTesting&Simulation扭转万能材料实验机(Mechanical Testing&Simulation, MTS)和摩擦实验台分别开展了静态扭矩与动态扭矩的实验测试，结果表明静态扭矩测试结果与理论计算扭矩以及MTS准静态加载扭矩相吻合且线性度高，测量误差在0.47%以下；同时动态测试结果显示在60 r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min转速下的动态扭矩测量结果与摩擦实验台加载的动态扭矩相吻合，测量误差在5%以下，表明低转速对动态扭矩测量影响较小且证明了动态扭矩测试的稳定性，因此提出的基于应变测量的动-静扭矩传感方法可以实现静/动态扭矩的高精度测量。

关键词：应变测量传感静态扭矩动态扭矩

硅微谐振压力传感器自动增益控制与相位补偿研究

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机械工程学报 2024年第4期60卷 82-91页

作者：王淞立方续东高博楠赵立波田边林启敬张仲恺饶浩李瑜蒋庄德西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710056 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室烟台265503 中国航发控制系统研究所无锡214026

硅微谐振压力传感器检测信号的幅值稳定性与频率跟踪性对其性能至关重要,但目前幅值控制与频率跟踪方法的非线性特征会造成谐振器振动频率的非线性变化,限制了传感器综合精度的进一步提升。为降低谐振器振动频率非线性变化的影响,基于... 详细信息

硅微谐振压力传感器检测信号的幅值稳定性与频率跟踪性对其性能至关重要,但目前幅值控制与频率跟踪方法的非线性特征会造成谐振器振动频率的非线性变化,限制了传感器综合精度的进一步提升。为降低谐振器振动频率非线性变化的影响,基于自动增益控制(Automatic gain control,AGC)的线性化分析理论,建立高Q值硅微谐振压力传感器自动增益控制和相位补偿模型,分析AGC幅值控制和频率跟踪线性化的控制特性,以及相位补偿对闭环控制性能的影响。基于自动增益控制(AGC)的自激驱动被证实可使谐振器稳定工作于谐振频率,且保持幅值稳定,通过Simulink/PSpice建模仿真,验证非线性系统线性化分析的准确性。同时基于自动增益控制与相位补偿模型设计与制作的硅谐振压力传感器控制电路,经测试可使整表频率稳定性优于±0.05 Hz@采样周期5 ms,综合精度优于±0.02%FS,实现自动增益控制在谐振压力传感器的工程化应用,解决了谐振器频率跟踪非线性引起的传感器性能下降问题,可广泛应用于高Q值谐振器闭环控制。

关键词：硅微谐振压力传感器自动增益控制相位补偿非线性

燃烧室减速熄火条件下滑动弧等离子体对火焰演化的影响

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推进技术 2024年

作者：侯豪豪陈一屈美娇吴云胡长淮许书英王宇陈威西安工程大学机电工程学院航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室(西安) 西安交通大学机械工程学院空军工程大学航空工程学院西安交通大学航天航空学院

飞行器在空中大机动和急加减速时，航空发动机燃烧室油气比骤变，某些瞬间会跨越油气比极限，导致稳焰困难，面临熄火风险。针对上述问题，本文提出在燃烧室头部施加滑动弧放电激励，通过等离子体助燃技术改善燃烧室减速熄火特性，基于... 详细信息

飞行器在空中大机动和急加减速时，航空发动机燃烧室油气比骤变，某些瞬间会跨越油气比极限，导致稳焰困难，面临熄火风险。针对上述问题，本文提出在燃烧室头部施加滑动弧放电激励，通过等离子体助燃技术改善燃烧室减速熄火特性，基于单头部模型燃烧室，研究了不同减油速率下滑动弧等离子体对火焰演化的影响规律。结果表明，施加等离子体助燃能降低脱体火焰距离，将火焰维持在头部附近，以及抑制火焰的衰减速率。在减油速率为8 g/s2条件下，施加等离子体助燃后，脱体火焰距离从63.1 mm缩短至24.8 mm；在燃烧室临近熄火状态下，施加等离子体助燃后火焰质心会向燃烧室头部方向移动，在减油速率为8 g/s条件下，施加等离子体助燃后火焰质心向燃烧室头部方向移动41.7 mm；另一方面，减油速率为2 g/s时，施加等离子体助燃使得火焰最大衰减速率降低9.2%。

关键词：航空发动机燃烧室等离子体助燃滑动弧等离子体减速熄火火焰演化