螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术综述

随着螺旋桨发动机安装系统国产化研制进程的加快,需要开展相关的安装系统技术研究,而动力学设计是其中的重要组成部分。本文对比分析了不同结构形式安装系统的动态性能特点,进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计的技术要求,梳理了安装系统动力学设计技术的发展历程和国内外现状,指出国内外差距主要体现在设计理念、关键技术和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术的发展趋势,为当前及未来螺旋桨发动机安装系统的设计技术研究提供了参考。

大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及性能评估分析进展

综述了大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及评估问题。首先从减振设计需求出发,论述了发动机安装节开展动力学设计的重大意义,并对安装节的主要结构形式及特点进行了详细的阐述;进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计技术要求;而后从动力学设计、性能评估、系统验证等方面回顾了涡扇发动机安装节的国内外研究现状,指出国内外差距主要体现在设计要求、设计理念和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及性能评估技术的发展趋势和热点。

类星型手性超材料超宽带隙特性研究

振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题,而超材料在实现减振降噪方面具有良好的应用价值。基于传统空心星型超材料,添加手性结构特性,设计一种新型的空心类星型手性超材料,并在其基础上进一步演化出实心类星型手性超材料。通过振动模态分析带隙产生机理和不同结构参数对带隙的影响,通过频散曲面、波传播方向、群速度和相速度等研究弹性波在结构中的传播特性,并研究有限周期结构的传输特性。结果表明:实心类星型手性超材料可以产生宽度为5116 Hz的超宽带隙,带隙形成主要是由于凹角星和韧带的旋转振动耗散了弹性波能量,内凹角α的减小以及韧带与水平方向的夹角θ的增大使得最宽带隙的宽度增大;有限周期结构在其带隙范围内可以产生明显的位移幅值衰减,该新型超材料具有良好的隔振性能。

对转螺旋桨气动噪声试验系统设计与试验研究

风洞内对转螺旋桨气动噪声试验存在时间协调难、成本高的问题,依托地面声学环境,研制能够模拟对转螺旋桨地面开车状态的对转螺旋桨气动噪声试验系统。对某穿孔结构的对转螺旋桨和基准桨开展气动噪声试验,对设计的试验系统进行验证,并对穿孔结构对转螺旋桨的降噪效果进行评估。结果表明:在所测试的工况范围内,穿孔结构对转螺旋桨在保证气动性能的前提下能够有效降低噪声;在对飞机舱内影响最显著的90°指向角处,二阶通过频率处降噪量达到5 dB。本文设计的气动噪声试验系统,能够为对转螺旋桨气动噪声评估和降噪设计提供帮助。

考虑涂层硬度影响的碰摩力模型建立与验证

为了实现转静子碰摩力快速有效预测,采用经试验修正的碰摩力模型为表征模型,并通过模块化程序设计达到快速求解。以经典Hertz接触碰摩力模型和刮削功碰摩力模型为基础,结合碰摩力试验数据,对两类碰摩力模型进行修正。用Matlab语言开发转静子碰摩力快速求解软件,能够快速完成转静子碰摩动力学方程的计算,获得转子系统的动力学响应以及在碰摩载荷作用下的碰摩力。研究表明,未经修正的经典碰摩力模型由于没有考虑涂层硬度的影响,与试验结果偏差较大,经修正后的碰摩力模型计算结果与试验结果更为接近,尤其修正后的刮削功碰摩力模型预测碰摩力准确度较高,径向碰摩力计算结果与试验结果偏差在6%之内,切向碰摩力偏差在1%以内。且自主开发的碰摩力计算软件求解效率较商用软件有大幅度提升,解决了商用软件显式动力学分析求解速度较低的问题。所提出的碰摩力修正与计算方法,以及所开发的碰摩力快速计算软件,可为转静子系统的间隙设计提供支撑。

基于SMOTified-BRF模型的地球化学金矿化异常预测研究——以陕西汉滨—旬阳地区为例

矿产勘查既是新质生产力的重要组成,又是推动新质生产力发展的重要力量。为了改善矿产勘查中金矿化预测面临的由于已知矿化样本数量少导致的样本类不平衡问题及矿化信息稀缺问题,提出SMOTified-BRF模型,该模型使用SMOTE方法对极少数已知矿化样本进行数量增强并使用平衡随机森林方法进行预测。以汉滨—旬阳地区为研究区,对水系沉积物地球化学数据分别使用SMOTified-BRF模型和BRF模型进行金矿化预测效果和模型性能对比研究。研究结果表明:SMOTified-BRF模型的AUC值(0.987 5)高于BRF模型的AUC值(0.972 6),且在约登指数指示的最优阈值下SMOTified-BRF模型预测的矿化面积占比(1.95%)相较于BRF模型(12.23%)更小,说明SMOTified-BRF模型相比于BRF模型具有更准确高效的金矿化异常预测性能。

仿生学锯齿桨叶降噪效果试验研究

以仿生学结构改善发动机的气动性能和噪声水平是当前绿色航空的研究热点,对控制对转螺旋桨的气动噪声具有重要的工程应用价值。本文通过地面声学环境下的气动噪声试验研究了仿生学锯齿结构对转螺旋桨的降噪特性,并测试了锯齿结构桨叶和基准桨的拉力、扭矩等气动性能和远场噪声指向性。试验结果表明,所设计的锯齿结构没有引起基准桨的气动性能损失,可以在保持气动性能的同时开展降噪设计。锯齿结构在4000~12000Hz频率区间,没有改变基准桨叶的噪声指向性特征,最大降噪量超过5dB;在所测转速工况的一阶通过频率、二阶通过频率处没有明显的降噪效果。这进一步说明锯齿结构对宽频噪声有降噪效果,对低频段的离散噪声降噪效果不明显。

基于声阻抗匹配理论的弹性吸收体研究

基于时域耦合模型理论的吸收体研究,不适用于所有模型,且基于此理论的设计过程复杂,难以在工业工程得到广泛应用。因此提出一种基于声阻抗匹配理论的弹性吸收体的研究方法,并通过理论计算、数值仿真以及实验对吸收体的吸收曲线进行验证。结果表明:本文提出的方法能够快速、简便地实现弹性吸收体的结构设计,无需额外附加阻尼材料,更有利于满足航空工程中对于结构轻量化的要求,为振动波吸收领域,尤其是弯曲波的高效吸收和减振设计研究带来了新的可能性。

航空发动机轴承—支承结构系统产热计算与分析

开展轴承—支承结构系统的热源分析与产热量量化计算,能够为轴承腔热防护设计提供可靠依据。通过传热学、摩擦学等理论分析,建立航空发动机轴承—支承结构系统产热分析模型,开展轴承—支承结构的一维流热耦合计算,对航空发动机压气机和涡轮的中介承力框架进行产热量分析,评估巡航工况下不同热源对轴承—支承结构系统产热量的影响。结果表明:压气机中介支承结构右侧框架的壁面温度沿径向向上增加1.73%;由于主流道与盘腔之间存在级间封严,对流传热系数沿径向向上增大20倍,产热量占比最高的热源为支承结构壁面传热、轴承生热和密封装置生热;轴承—支承结构内的密封装置生热量在压气机中介承力框架内占比29%,在涡轮中介承力框架内占比35%。

Inconel718榫接结构高低周微动疲劳试验研究

航空发动机涡轮叶片在实际服役环境中,受到循环往复的高/低周载荷,这是一种典型的高低周微动疲劳工况。涡轮叶片由于微动疲劳频繁引发疲劳断裂问题,严重影响着航空发动机的安全运行。为了研究热端部件材料的高低周微动疲劳问题,设计一种Inconel718榫连接模拟件,对其开展高低周复合微动疲劳试验。共设计3种不同载荷/频率的试验工况,对比不同工况下模拟件的寿命分布情况。结果表明:高周/低周载荷对榫连接结构的微动疲劳寿命有显著影响,随着高周/低周载荷或者频率的增大,涡轮叶片榫接部位微动疲劳寿命均随之降低;试验结果证明榫接结构高低周微动疲劳试验较好地还原了涡轮叶片实际服役情况;通过显示动力学有限元分析,所预测的裂纹萌生位置与试验结果中裂纹萌生位置分散性较小。

螺旋桨穿孔结构声学软叶片设计与试验研究

对转螺旋桨气动噪声的产生机理十分复杂,而且螺旋桨飞机并无短舱声衬等被动降噪部件可以在传播过程中吸收噪声,螺旋桨噪声会直接辐射向机身和周围环境,噪声问题突出,降低螺旋桨噪声源强度是研制低噪声螺旋桨飞机的关键。采用CFD和远场噪声评估相结合的方法,通过在螺旋叶尖吸力面前缘布置“小孔+贯穿通道”结构,构成“软叶片”模块,以平衡叶片前缘处的压力峰值,降低螺旋桨产生的载荷噪声;根据设计结果加工制造出常规桨和软叶片螺旋桨,依托对转螺旋桨气动噪声试验系统开展气动噪声试验。结果表明:在所测试的工况范围内,穿孔结构对转螺旋桨可以在保证气动性能的前提下有效降低噪声,在对飞机舱内影响最显著的90°指向角处,二阶通过频率处降噪量达5 dB。

GH4169材料振动弯曲高周疲劳性能研究

目的 开展镍基高温合金GH4169材料的振动弯曲高周疲劳研究。方法 基于高频振动台和激光测振仪,搭建振动弯曲疲劳试验系统。设计2种不同固有频率的试验件,在疲劳试验中以试验件af值(尖部振幅与固有频率乘积)作为控制目标,分别采用成组试验法和逐级加载法研究2种试验件的高周疲劳性能。结果 疲劳试验过程中,试验件af值的控制误差低于0.5%。随着疲劳循环数的增加,试验件的固有频率逐渐下降,且下降速度先慢后快。结论 基于成组试验法的试验结果建立的GH4169材料的双参数af-N疲劳寿命关系,与逐级加载法的试验结果吻合较好,证明了af-N疲劳关系的准确性。

基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。

含共振腔体板型声学超材料结构吸声性能研究

为改善传统板型结构的声学性能,设计一种新型含共振腔体板型声学超材料结构。研究结果表明:共振锤对该板型声学超材料的吸声性能几乎没有影响;共振腔夹层板带孔上下面板的厚度或者立方体周期性方形壁板结构的壁长、壁厚等对整体结构的声学效果具有明显的调节作用,随着这些参数的增大,结构整体的吸声峰会向低频移动。

新型单相超材料的低频带隙和振动特性研究

低频振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题。本文提出了一种新型的单相超材料结构,有望应用于噪声控制。基于布洛赫(Bloch)定理和有限元方法(FEM),数值分析了这种新型结构的带隙特性和带隙形成机制,参数化分析了带隙与几何尺寸的依赖关系,用三维色散曲面、频率等值线、相速度和群速度等探究了波在结构中的传播特性,而且分析了有限尺寸晶格中的弹性波衰减,验证了带隙的存在对弹性波的有效抑制作用。结果表明,该新型结构具备优异的带隙特性,带隙对几何尺寸较敏感,可由此实现带隙的可调性,该新型结构能对1000Hz频率以内的弹性波起到很好的抑制。为低频超材料结构的设计开辟了一条思路。

基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估研究进展

城市自然灾害风险分析与评估关系到城市灾害预警、预案、灾害风险管理、城市防灾规划等诸多方面,是城市安全和人类安身的基础。该文从城市防灾规划的需要出发,首先,定义了基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的内涵,针对城市防灾规划的特点和自然灾害风险分析的评价目标,构建基于防灾规划的城市自然灾害评估模型与评估流程。其次,将风险分析过程分为致灾因子分析、暴露性分析、脆弱性分析3部分,并介绍了常用的评估方法。最后提出:服务于防灾规划的城市自然灾害风险研究,应搭建时空桥梁,强化自然灾害风险评估成果在城市防灾规划中的应用;着重将多灾种风险评估服务于综合规划,单灾种风险评估服务于专项规划;通过完善评估模型,合理运用GIS、RS等技术深化自然灾害风险分析评估在城市防灾规划中的应用。

基于振动台的超高周振动疲劳试验方法研究

针对航空发动机压气机、涡轮叶片部件在服役时面临的超高周疲劳问题,基于振动台的工作特性,利用有限元软件设计了一种可实现1500Hz以上的振动疲劳试样,建立了一套可模拟叶片结构振动的高频振动疲劳试验系统,并完成振动疲劳试验。结果表明,振动台超高周振动疲劳试验结果与已开展的旋转弯曲疲劳试验结果趋势基本一致,该试验方法具有较好的可靠性,可作为金属材料超高周疲劳性能验证的手段之一。

中国北方农牧交错带土地集约利用评价研究——以内蒙古鄂尔多斯市为例

北方农牧交错带作为我国传统农业区与畜牧业区交汇和过渡的地带,其土地集约利用有突出的特点。以内蒙古鄂尔多斯市为例,从北方农牧交错带土地集约利用的内涵出发,构建评价指标体系,分别运用熵值法和人工神经网络模型计算集约度。结果显示,2003-2007年鄂尔多斯土地集约度数值总体上升;利用效率对鄂尔多斯土地集约利用影响最大,其次是利用程度和投入强度,持续状况的影响最小。结果表明,熵值法和人工神经网络模型均适用于土地复杂系统的集约利用评价计算。相对于其它方法,熵值法在一定程度上避免了赋权的片面性和主观性,人工神经网络模型弥补了传统的多指标综合评价方法主观性强、缺乏自学能力的缺陷。

中国农用地集约度与农业气候适宜度的空间关系研究

通过构建指标体系,对全国30个省(区、市)农用地集约度做了评价计算;基于前人的研究成果,运用空间插值的方法计算了农业气候适宜度;并在此基础上对二者的空间关系进行了研究。主要结论是:(1)总体而言,我国农用地集约度东部地区大于西部地区,农业气候适宜度由东南向西北递减。从某种程度上说,农业气候适宜度制约着我国农用地集约度的空间布局,但是集约度的提高也可以改变农用地集约利用对气候条件的依赖性。(2)1995～2005年我国农用地集约度总体提高12.6%;农业气候适宜度低的省(区、市)提高最明显,适宜度中等的省(区、市)次之,适宜度高的省(区、市)最不明显。(3)根据农业气候适宜度的空间关系,就因地制宜地对农用地进行集约经营提出两点建议。

基于气候因子修正的农用地集约利用评价研究

将气候因子纳入农用地集约利用评价过程,重新界定了农用地集约利用的内涵,并提出了"农用地集约利用系数",通过"相对复种指数"和"相对粮食总产量"两个新的概念计算了1995—2005年我国农用地集约利用系数,以期在统筹兼顾社会经济因素和自然因素的基础上,综合考虑气候因素对农用地集约利用评价过程的影响。采用相关研究成果对评价方法进行了验证,评价结果与我国实际情况比较吻合。结果表明,该方法可合理评价各地在现有自然条件下的农用地集约利用现状和潜力,为因地制宜提高我国农用地集约利用水平提供理论依据。此外,基于VB+MO并允许调用ArcGIS相关分析模块,从底层构建了评价系统,为各地农用地集约利用评价提供了可操作平台。