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基于Kriging的多阶段加点策略及离心叶轮汽蚀优化

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 467-476页

作者：陈璇李嘉李斌邹学奇蔡飞超西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 长安大学工程机械学院陕西西安710064 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加... 详细信息

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加点策略的有效性。进而,以某型燃油离心泵为例,完成所提出加点策略在其汽蚀特性的优化应用。测试函数算例结果表明:多阶段主动学习加点策略达到相同精度所需时间稍长于单MSE策略,优于单EI策略与单CV策略;但相比单MSE策略,全局最优解局部精度更高。离心泵汽蚀特性优化结果表明:优化泵进口处压力损失降低且进口处回流、旋涡等局部流动减弱,蜗壳内压力梯度增大且其出口处旋涡流动减弱;优化泵的汽蚀系数提高30.83%,汽蚀余量下降9.14%,汽蚀比转数下降7.17%,泵内气体含量下降17.27%,所提出的方法有效地提高了离心泵的抗汽蚀性能。

关键词：燃油离心泵汽蚀特性 Kriging 加点策略优化设计

一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2774-2785,I0021页

作者：付永升任海鹏西安工业大学电子信息工程学院陕西省西安市710021 西安工业大学机械工程学院陕西省西安市710021

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。

关键词：宽禁带半导体器件碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管硅基绝缘栅极双极晶体管混合开关门极驱动电路耦合电容

轴向叠层回流泵送槽干气密封泄漏特性及其参数影响研究

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摩擦学学报 2024年第9期44卷 1230-1245页

作者：潘振威江锦波彭旭东孟祥铠马艺赵文静浙江工业大学化工过程机械研究所

为改善干气密封低速动压弱不易成膜以及高速膜厚大易泄漏的问题，在动环内部设置泵出槽并通过导流孔与端面泵入槽相连通，提出了1种轴向叠层回流泵送槽（简称：叠层泵出槽）干气密封新结构.基于ANSYS Fluent商用软件模拟获得了干气密封... 详细信息

为改善干气密封低速动压弱不易成膜以及高速膜厚大易泄漏的问题，在动环内部设置泵出槽并通过导流孔与端面泵入槽相连通，提出了1种轴向叠层回流泵送槽（简称：叠层泵出槽）干气密封新结构.基于ANSYS Fluent商用软件模拟获得了干气密封的流场和稳态性能，对比研究了叠层泵出槽、经典螺旋槽和人字槽干气密封的稳态性能，研究了叠层泵出槽干气密封泄漏率和回流量与转速、外腔压力以及气膜厚度之间的定性影响规律和定量关联模型，探讨了叠层泵出槽结构中的关键结构参数及其优选值.结果表明：相较于经典螺旋槽干气密封，叠层泵出槽干气密封零速时开启力提高5%，高速时泄漏率降低35%，其开启力对转速变化不敏感，泄漏率随转速增大而略有下降，是1种具有低速高承载及高速低泄漏优异特性和适用于高转速且小膜厚条件下的密封结构，叠层泵出槽的回流泵送能力受到转速、外腔压力和气膜厚度三者的综合影响，且主要受到泵出槽深度、螺旋角和导流孔径向位置的影响，当槽深0.1 mmr<0.4 mm、螺旋角10°<α<20°和导流孔径向位置0.11

关键词：干气密封叠层泵出槽回流泵送泄漏特性密封性能

纤维增强大块非晶的各向异性压缩力学行为原位实验研究

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兵工学报 2024年第9期45卷 2982-2992页

作者：李英杰李继承李宁郭亚洲西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 陕西省冲击动力学及其工程应用重点实验室陕西西安710072

钨纤维增强锆基大块非晶复合材料(WF/Zr-based bulk Metallic Glass matrix composite,WF/Zr-MG)由于其高密度、高强度和高绝热剪切敏感性的特点,在动能侵彻领域应用广泛。为了进一步精确表征在正撞和斜撞等穿甲过程中不同穿甲姿态对复... 详细信息

钨纤维增强锆基大块非晶复合材料(WF/Zr-based bulk Metallic Glass matrix composite,WF/Zr-MG)由于其高密度、高强度和高绝热剪切敏感性的特点,在动能侵彻领域应用广泛。为了进一步精确表征在正撞和斜撞等穿甲过程中不同穿甲姿态对复合材料穿甲性能的影响,搭建准静态和动态显微原位压缩实验平台。通过对0°、10°、25°、45°、65°以及90°共6种不同纤维排列角度下的试样进行原位力学性能实验测试和显微图像分析,研究6种不同纤维排列角度WF/Zr-MG的压缩力学行为,进而得到复合材料失效强度随纤维排列角度的变化情况。根据实验结果划定考虑应变率与纤维排列角度WF/Zr-MG的失效强度包络线。所得结果为材料在不同穿甲姿态和加载速率下提供了一个安全应力状态范围参考,对于穿甲材料的研制具有重要意义。

关键词： WF/Zr-MG复合材料原位实验微观分析破坏机理

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基于无监督学习的金属表面高光去除算法研究

西北工业大学学报 2024年第4期42卷 744-752页

作者：成懋李炳燃陈炜铧洪海波薛静西北工业大学软件学院陕西西安710072 清华大学机械工程系北京100084 上海航天精密机械研究所上海201699

金属材料表面的高光会严重破坏图像的连续性,产生一定的伪边缘,导致高光区域的纹理细节减弱甚至消失,干扰后续表面的区域分割和缺陷检测等操作。针对现有高光去除方法效率低、损失大、易失真、金属高光数据难标定等问题,提出了一种基于... 详细信息

金属材料表面的高光会严重破坏图像的连续性,产生一定的伪边缘,导致高光区域的纹理细节减弱甚至消失,干扰后续表面的区域分割和缺陷检测等操作。针对现有高光去除方法效率低、损失大、易失真、金属高光数据难标定等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的无监督感知增强网络模型。使用生成对抗的方法生成大量拥有高光特征信息的金属图像,用于增加训练集中高光金属图像数据集的数量;在上下文聚合网络中引入细节增强模块(detail enhance model,DEM)和色彩增强模块(color enhance model,CEM)提高低分辨率权重图中的特征细节保留率;评估函数采用多尺度结构相似性函数代替原有结构相似性函数,解决在图像尺寸过大时细节不敏感的问题。实验表明,所提模型相比其他多曝光图像融合模型,在融合速度领先情况下,融合图像的互信息和平均梯度等评估指数提升10%左右,能够保留更多的纹理特征信息。

关键词：高光去除无监督学习 MEF 图像融合感知增强

端面薄膜法布里-珀罗腔光纤动态压力传感器仿真与实验研究

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光学学报 2024年第7期44卷 227-235页

作者：张雄星孙哲赵学庆高子皓冯晓军潘文陈海滨西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西北核技术研究所陕西西安710024 西安近代化学研究所陕西西安710065

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测... 详细信息

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测量范围内,传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa,与仿真结果一致;在动态压力测量中,传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗腔薄膜压力测量

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五轴测量复杂曲面粗糙度及其无干涉方法

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 469-481页

作者：陈鹏何金明袁圆姚宇峰常智勇万能西北工业大学机电学院陕西西安710072 陕西省“四主体一联合”航空发动机智能装配工程技术中心陕西西安710072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412000

针对航空复杂零件粗糙度检测难题,利用五轴测量机灵活性高、可达域广的特点,搭载粗糙度传感器,研究复杂曲面粗糙度测量方法。首先分析粗糙度传感器与工件位置的关系;然后研究传感器和工件的干涉判断方法,求解粗糙度五轴测量中测杆无干... 详细信息

针对航空复杂零件粗糙度检测难题,利用五轴测量机灵活性高、可达域广的特点,搭载粗糙度传感器,研究复杂曲面粗糙度测量方法。首先分析粗糙度传感器与工件位置的关系;然后研究传感器和工件的干涉判断方法,求解粗糙度五轴测量中测杆无干涉方位,对粗糙度可测区域进行预测;最后通过离心叶轮关键部位粗糙度检测实验验证算法的可行性和准确性。实验表明,基于五轴测量机的复杂曲面粗糙度检测是一种可行的接触式粗糙度检测方法,无干涉算法能够精确预测可测区域,在实现复杂零件关键部位粗糙度量化表达的同时大幅提高检测效率。

关键词：五轴测量粗糙度检测干涉判断可测区域预测

面向子午流道过水断面面积线性化的叶轮参数化优化方法

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推进技术 2024年第10期45卷 86-95页

作者：李嘉张留阳邹学奇陈璇贾秋生长安大学工程机械学院陕西西安710064 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 北京动力机械研究所北京100074

基于Bezier曲线控制点确定离心叶轮子午流道轴面型线的方法存在经验性强、设计效率不足等问题,因此,提出一种基于子午流道过水断面面积线性化的参数化优化方法。首先,给出一种离心叶片的全流程参数化水力设计方法。其次,以子午流道过水... 详细信息

基于Bezier曲线控制点确定离心叶轮子午流道轴面型线的方法存在经验性强、设计效率不足等问题,因此,提出一种基于子午流道过水断面面积线性化的参数化优化方法。首先,给出一种离心叶片的全流程参数化水力设计方法。其次,以子午流道过水断面面积线性化为目标,基于二阶Bezier曲线完成叶轮的轴面优化设计。最后,采用上述方法对某型燃油离心叶轮进行优化设计及CFD仿真验证。结果表明:所提出的参数化设计方法能够有效实现离心叶轮的全流程水力设计,并保证了设计效率和精度;此外,相比原型叶轮,优化后其扬程提高了1.05%,效率提高了1.34%。上述结果验证了所提出的参数化优化方法具有一定的可信度。

关键词：燃油泵离心叶轮过水断面参数化 CFD仿真

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行星滚柱丝杠螺纹副动载荷分布计算方法研究

西北工业大学学报 2024年第4期42卷 634-642页

作者：许千斤马尚君吴林萍付晓军西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072

为揭示行星滚柱丝杠在高速运转条件下的动载荷分布特性,基于螺旋曲面方程和变形协调关系,提出了滚柱-丝杠及滚柱-螺母螺纹在接触点处静态接触力计算方法,推导出承载后接触角计算公式。在此基础上,进一步考虑高速运转产生的惯性力作用,... 详细信息

为揭示行星滚柱丝杠在高速运转条件下的动载荷分布特性,基于螺旋曲面方程和变形协调关系,提出了滚柱-丝杠及滚柱-螺母螺纹在接触点处静态接触力计算方法,推导出承载后接触角计算公式。在此基础上,进一步考虑高速运转产生的惯性力作用,建立了行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布模型。通过与行星滚柱丝杠有限元接触模型进行对比,两者误差在5%以内,验证了所建理论模型的正确性。分析了丝杠转速、轴向载荷、螺距及牙侧角等参数对动载荷分布的影响规律。结果表明:惯性力使滚柱产生靠近螺母远离丝杠的趋势,使得滚柱-丝杠侧动态接触力减小,滚柱-螺母侧动态接触力增大;动载荷分布不均程度与丝杠转速和螺距呈正相关,与牙侧角呈负相关,且轴向载荷大小对动载荷分布影响较大。

关键词：行星滚柱丝杠螺纹副动载荷分布