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弹射座椅-假人系统建模及出舱稳定性分析

北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨海峰李志刚谭跃东肖鹏辉孔伟北京交通大学机械与电子控制工程学院航空防护救生技术航空科技重点实验室北京科技大学机械工程学院

以某弹射座椅为对象，建立了包括椅盆组件、伞箱组件以及弹射装置的弹射座椅的细致有限元模型，并通过耦合假人模型建立了人椅系统模型；开展了人椅系统的弹射出舱实验，得到了弹射姿态、座椅加速度、座椅角速度以及俯仰角等实验结果，... 详细信息

以某弹射座椅为对象，建立了包括椅盆组件、伞箱组件以及弹射装置的弹射座椅的细致有限元模型，并通过耦合假人模型建立了人椅系统模型；开展了人椅系统的弹射出舱实验，得到了弹射姿态、座椅加速度、座椅角速度以及俯仰角等实验结果，基于这些数据对人椅系统仿真模型进行了实验验证，结果表明模型具有较高的精度；进一步从座椅关键组件的厚度、滑块的布置形式及限腿带力三个方面进行了人椅系统出舱稳定性的影响因素分析，结果表明滑轨滑动槽的厚度、滑轨本体厚度、座椅侧板厚度、滑块布置形式、限腿带力作用时间对出舱稳定性影响较明显，而弹射筒内筒的厚度和限腿带力的大小对出舱稳定性影响较小，研究结果为高稳定性弹射座椅的设计提供依据。

关键词：弹射座椅人椅系统出舱稳定性角速度俯仰角

转静干涉下压气机叶片尾缘锯齿设计与性能优化

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兵工学报 2024年

作者：杨文军隋东东王旭鹏潘五九王磊苏州科技大学机械工程学院沈阳航空航天大学机电工程学院

转静干涉效应诱发了压气机叶片尾流的复杂激扰行为，而尾缘锯齿特征为叶片尾流的激扰控制提供了有效手段。在考虑叶排间转静干涉的基础上，通过在静子叶片尾缘引入锯齿特征，以改善其对叶片尾流扰动以及压气机性能的影响，并进一步利用... 详细信息

转静干涉效应诱发了压气机叶片尾流的复杂激扰行为，而尾缘锯齿特征为叶片尾流的激扰控制提供了有效手段。在考虑叶排间转静干涉的基础上，通过在静子叶片尾缘引入锯齿特征，以改善其对叶片尾流扰动以及压气机性能的影响，并进一步利用拉丁方试验设计优化了转子叶型，实现了转静干涉下压气机叶片的尾流扰动控制与性能优化。研究结果表明：非均布锯齿特征有效改善了静子叶片的尾流形态，增强了叶片主流与尾流区域的混合效应，减小了叶片尾缘的速度亏损；跨声速压气机的效率提高了2.70%，稳定工作范围提高了12.31%；通过优化转子叶片型面，压气机效率提高至91.42%，进一步拓宽了其性能裕度；研究成果不仅对尾流扰动控制具有重要的理论价值，而且对高性能叶盘系统的设计具有重要的工程意义。

关键词：压气机叶片尾缘锯齿尾流扰动工作性能优化设计

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多因素下迷宫密封泄漏分析及实验验证

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1414-1423页

作者：孙巍伟刘跃李永健蒋杰北京信息科技大学机电工程学院北京100192 清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 成都市排水有限责任公司物资设备中心成都610039

迷宫密封作为转轴密封的主要形式,被广泛应用于离心式压缩机、航空发动机和膨胀透平机等旋转机械。为提高迷宫密封的密封性能和满足现代旋转机械需求,需要从多角度开展迷宫密封的结构优化研究。该文基于FLUENT软件进行迷宫密封流场仿真... 详细信息

迷宫密封作为转轴密封的主要形式,被广泛应用于离心式压缩机、航空发动机和膨胀透平机等旋转机械。为提高迷宫密封的密封性能和满足现代旋转机械需求,需要从多角度开展迷宫密封的结构优化研究。该文基于FLUENT软件进行迷宫密封流场仿真,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,分析了迷宫密封几何参数及齿形结构对泄漏量的影响规律;提出了占空比、深宽比2种参数定义,通过调整参数设置,可以消除空腔高度、空腔宽度、齿厚和齿距4种参数间的耦合影响,可为参数优化设计提供重要参考;建立了高转速迷宫密封实验系统,通过实验验证,仿真结果最大误差仅为3%。结果表明:在工况参数中,压差对泄漏量具有显著影响,而转速基本不会影响泄漏量;在几何参数中,密封间隙对泄漏量具有显著影响,而占空比、深宽比和齿距对泄漏量的影响较小;在齿形结构中,斜齿具有更小的泄漏量,并且减小前齿与后齿倾斜角将有益于降低泄漏量。

关键词：迷宫密封占空比深宽比齿形结构泄漏量

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氮化铝陶瓷燃气舵仿真与试验

航空动力学报 2024年第6期39卷 50-61页

作者：白澔烔石仲仑薛海峰蔡红明南京航空航天大学航天学院南京211106 山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 南京理工大学机械工程学院南京210094

针对弹箭燃气舵轻量化问题,设计了基于高热导率氮化铝(AlN)陶瓷材料的新型燃气舵。为考察其可行性,建立了基于流固热耦合的非定常数值模拟方法,研究了氮化铝陶瓷燃气舵在不同舵偏角下的工作过程,并基于高温下陶瓷强度预测模型分析了燃... 详细信息

针对弹箭燃气舵轻量化问题,设计了基于高热导率氮化铝(AlN)陶瓷材料的新型燃气舵。为考察其可行性,建立了基于流固热耦合的非定常数值模拟方法,研究了氮化铝陶瓷燃气舵在不同舵偏角下的工作过程,并基于高温下陶瓷强度预测模型分析了燃气舵的抗热震能力。加工了氮化铝陶瓷燃气舵,开展了固体火箭发动机地面静态射流试验,并通过扫描电镜分析了试验结果。研究结果表明:数值仿真与试验结果基本一致,验证了数值模拟方法的有效性;对燃烧室总温为2284 K的固体火箭发动机,氮化铝陶瓷燃气舵可承受其燃气1 s内造成的最大机械冲击和热冲击;氮化铝陶瓷由于较高的热导率(理论达320 W/(m∙K)),有远优于常规结构陶瓷的抗热震性能,是一种良好的小型燃气舵选材。

关键词：氮化铝陶瓷燃气舵热耦合热冲击固体火箭

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电解放电复合加工技术现状与展望

电加工与模具 2024年第1期 1-18页

作者：赵永华刘为东刘江文卢家俊邹治湘南方科技大学机械与能源工程系广东深圳518055 中国民航大学航空工程学院天津300300 广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广东广州510006

电解放电复合加工是实现电加工技术创新和突破的重要途径,可通过耦合放电与电解能场,利用其时/空协同效应实现在可加工性、加工精度及表面质量等方面的提升,故在介绍电解放电复合加工技术概念和原理分类的基础上,着重概述该领域近十年... 详细信息

电解放电复合加工是实现电加工技术创新和突破的重要途径,可通过耦合放电与电解能场,利用其时/空协同效应实现在可加工性、加工精度及表面质量等方面的提升,故在介绍电解放电复合加工技术概念和原理分类的基础上,着重概述该领域近十年来的关键性研究进展和新技术创新,对除电火花-电解组合加工和电弧复合加工之外的各类电解放电复合加工技术的未来发展方向进行了展望,指出该技术的规模化工程应用仍需在性能突破、精确建模、加工过程智能控制、复合加工装备等方面取得突破性进展。

关键词：电解辅助电火花加工电火花辅助电解加工等离子体辅助电解加工火花辅助化学雕刻射流电化学放电加工电解等离子体化学刻蚀

基于局部能量密度的中介轴承故障特征提取与诊断方法

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仪器仪表学报 2024年第5期45卷 239-250页

作者：栾孝驰郝冠丞沙云东张振鹏赵奉同沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 北京科技大学机械工程学院北京100083

针对航空发动机中介轴承振动信号在复杂传递路径和强背景噪声条件下的故障特征提取难题,本文提出了一种基于局部能量密度(LED)的中介轴承故障特征提取与诊断方法。首先,采用奇异谱分析对故障信号进行初步的降噪处理,并通过基于余弦值的... 详细信息

针对航空发动机中介轴承振动信号在复杂传递路径和强背景噪声条件下的故障特征提取难题,本文提出了一种基于局部能量密度(LED)的中介轴承故障特征提取与诊断方法。首先,采用奇异谱分析对故障信号进行初步的降噪处理,并通过基于余弦值的方法确定最优的重构阶次,以保留信号中的关键故障信息。接着,引入新指标LED,用于量化故障特征频率及其谐波在局部频率范围内的能量比例。该指标不仅能有效提取微弱的故障特征,而且对于实际故障频率与理论故障频率之间可能存在的偏差表现出较强的鲁棒性。以LED作为适应度函数,通过人工蜂鸟算法优化的最大相关峭度解卷积(MCKD)增强奇异谱分析降噪后信号中的故障特征。最后,通过包络谱分析完成故障诊断。本文通过中介轴承故障模拟实验和加噪实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与现有的故障诊断技术相比,本文所提出的方法的故障特征系数(FFC)和LED分别增加20.7%~218%和22.9%~134%。在0 dB,-4 dB和-10 dB噪声条件下,该方法仍准确地识别到外圈故障的特征频率及倍频,表明所提出的SSA_MCKD能有效降低信号噪声并提取滚动轴承的故障特征。

关键词：中介轴承奇异谱分析最大相关峭度解卷积局部能量密度人工蜂鸟算法故障诊断

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水液压柱塞泵滑靴球窝副收口工艺与效果分析

机电工程 2024年

作者：李东林马先帅赵峰李跃赵中校刘银水华中科技大学机械科学与工程学院河南科技大学机电工程学院新乡航空工业(集团)有限公司

滑靴球窝副是水液压柱塞泵连接柱塞和滑靴的关键摩擦副，其收口质量直接影响泵的可靠性和寿命。针对由金属基体包覆塑性材料碳纤维增强聚醚醚酮（CFRPEEK）耐磨层组成的滑靴球窝副收口部位松动的问题，对模压收口和直接注塑收口两种成... 详细信息

滑靴球窝副是水液压柱塞泵连接柱塞和滑靴的关键摩擦副，其收口质量直接影响泵的可靠性和寿命。针对由金属基体包覆塑性材料碳纤维增强聚醚醚酮（CFRPEEK）耐磨层组成的滑靴球窝副收口部位松动的问题，对模压收口和直接注塑收口两种成型工艺进行了研究，分析了不同成型工艺滑靴球窝副的收口效果。首先，建立了滑靴球窝副的有限元模型；然后，运用仿真软件ANSYS对柱塞滑靴的收口及拉脱过程进行了模拟仿真，研究了滑靴收口部位的等效应力和应变的变化，对比分析了316L和17-4PH两种滑靴基体材料以及两种收口成型工艺对拉脱力的影响情况；最后，将两种收口成型工艺的柱塞滑靴组件分别安装在水液压泵内，并进行了运行试验，结合测试结果对仿真结果进行了验证。研究结果表明：与模压收口成型工艺相比，采用直接注塑收口工艺的滑靴球窝副从根本上消除了残余应力，相同结构下，其拉脱力增大了20.29%；长时间运行后其收口效果良好，未出现明显的轴向间隙。

关键词：容积泵滑靴球窝副碳纤维增强聚醚醚酮模压收口成型工艺直接注塑成型工艺拉脱力残余应力

考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承动力学研究

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航空动力学报 2024年第4期39卷 251-266页

作者：刘延斌黄杰李旭莹河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通... 详细信息

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通过与文献结果和实验数据对比,验证了建模方法的有效性,在此基础上仿真研究了保持架质量偏心和内外圈角度不对中对保持架打滑/涡动、滚子打滑/偏歪斜、滚子-兜孔碰撞以及滚子-挡边碰撞的影响,结果表明:保持架质量径向偏心会加剧保持架和滚子的打滑,但有助于提高保持架涡动的稳定性,而轴向偏心会引起滚子的偏歪斜,当轴向偏心与径向偏心叠加时,滚子与兜孔、挡边更易产生边缘碰撞;内外圈角度不对中也容易引起滚子的偏歪斜,以及滚子与兜孔、挡边的边缘碰撞,但可明显降低保持架和滚子的打滑。

关键词：圆柱滚子轴承圆兜孔协调接触六自由度动力学模型动态性能

考虑宏观结构性能的多材料微结构拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第11期43卷 185-193页

作者：张磊倪绍豪蒋国璋张严宫逸文武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于... 详细信息

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

关键词：拓扑优化多材料微结构水平集方法均匀化方法交替活动相算法