基于A2-ResNet的中介轴承故障诊断方法研究

中介轴承作为航空发动机的关键部件,其运行状态直接影响发动机在复杂和恶劣环境中的安全性和可靠性。因此,实现中介轴承运作状态的准确识别对航空发动机安全运行至关重要。本文提出一种基于残差网络(ResNet)与双重注意力网络(A2-Nets)构建的A2-ResNet新型模型,用于中介轴承信号分析与故障诊断。首先,通过试验采集中介轴承的振动故障信号作为原始数据;然后,通过短时傅里叶变换(STFT)时频分析方法将采集后的中介轴承故障数据进行预处理并建立训练集;最后,利用A2-ResNet模型对故障类型进行分类预测。采用所搭建中介轴承试验台采集的数据,将本文所建立模型与压缩和激励网络(SE-ResNet),ResNet,LeNet等不同模型的特征提取与诊断结果进行对比分析。结果表明,本文所提出A2-ResNet模型相比于其他模型的预测效果更加优越,训练验证准确率达到99.1%,故障预测平均准确率可达98.5%。

发动机阻尼器-球轴承单元动态特性试验机

为验证阻尼器-球轴承单元动态特性理论模型,设计了一种模拟该单元运行工况的专用试验机,详细介绍了试验机的总体设计方案、主体结构、驱动系统、润滑系统、加载系统、电气系统、计算机监控系统等,并完成了试验机主轴强度、刚度及模态校核。通过试验得到了轴承转速为6000,9000,13000 r/min时的内、外圈轴心轨迹以及油膜压力,结果表明,当转速从6000 r/min增大到13000 r/min时,内、外圈轴心轨迹趋于稳定,油膜压力增幅在10%以内,与理论分析结果一致,达到了试验机设计目的,同时也验证了理论模型的正确性。

基于响应面法的弹支轴承外圈的结构优化设计与实验验证

为提高弹支轴承外圈刚度设计的准确性,通过ANSYS Workbench对3种不同结构参数的外圈静刚度进行仿真分析,得到不同载荷作用下外圈最大变形量。采用最小二乘法分析载荷与变形量的线性关系,确定外圈刚度值,得到符合实际刚度需求的外圈有限元模型并进行响应面优化分析。以刚度值为优化目标,以外圈弹支梁宽度、长度和数量为设计变量,通过响应面优化对弹支轴承外圈进行分析,从而得到最优的设计参数。为确保优化结果的准确性,将最优模型重新进行有限元分析以及实验验证。将最优解的设计方案与初始设计方案对比,结果表明:在满足设计变量约束范围的前提下,最优设计解的刚度优化结果与目标误差值小于1%。由此可见,采用响应面优化提高了加工效率,缩短了设计周期,进一步提高了支承刚度的准确性。

旋转叶片流固耦合振动对叶端定时测振的影响

叶端定时是一种先进的旋转叶片在线振动监测方法,但其测量准确性受其测点位置变化影响较大,如何选取合适的测点具有重要研究价值。为考虑叶片颤振及其流固耦合振动对测点位置的影响,设置流场圆柱绕流产生涡阶,并对不同转速和裂纹位置下旋转叶片的扭转情况进行分析。计算比较离心载荷时正常叶片的扭转振动,流固耦合下正常叶片、裂纹叶片的扭转振动及叶端各点扭转偏移量对叶端定时测振测点位置的影响。结果表明:流固耦合作用下,转速和裂纹位置对叶片的扭转振动影响较大;叶端定时测振传感器在转速较低时应安装在靠近叶片前缘处,而转速较高时应安装在靠近叶端中间位置。

机动载荷对弹用涡轮发动机转子动力学特性的影响

针对弹用涡轮发动机转子系统特殊的结构及工作特性,从相对运动角度推导了机动飞行转子动力学方程,分析了不同的机动飞行带来的附加载荷,采用有限元方法计算分析了横滚机动和常规机动对转子系统动力特性的影响。结果表明,在现有国军标规定的载荷大小情况下,横滚机动对转子动力特性几乎没有影响,而常规机动会造成与转子工作转速时稳态响应相当的盘心偏移,增大了转子发生碰磨的可能性。

服役条件下低压涡轮轴多参数载荷谱计算

为了获得使用条件下航空发动机低压涡轮轴的多参数载荷谱及联合概率分布,基于发动机的气动相似准则,采用多元非线性回归方法建立气动载荷模型,通过对转子及支撑结构的合理简化,采用结构力学理论建立机动载荷模型,结合服役发动机的飞行测量参数,快速转换出低压涡轮轴的气动扭矩、气动轴向力和机动弯矩剖面。在此基础上,对载荷剖面进行峰谷检测和雨流计数,形成载荷的峰谷循环矩阵。为了考虑载荷之间的相关性,采用核密度法估计各种载荷变量的边缘概率分布,采用Copula函数构造低压涡轮轴载荷的联合概率分布函数,通过拟合优度检验确定了最优分布函数。结果表明:与统计数据结果相比,建立的联合概率分布函数具有较好的计算精度,可以满足工程应用需要。

低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展

随着高空无人飞行器研究的不断升温,高空低雷诺数条件下动力装置的研究越来越受到人们的重视.结合近年来国内外相关领域的研究工作,对低雷诺数低压涡轮内部复杂流动机理的研究进展进行了介绍,包括低雷诺数情况下低压涡轮内部非定常流动的特点,叶片边界层分离及转捩现象机理,上游周期性尾迹与下游叶片边界层相互作用机理等.在此基础上给出了适合低雷诺数条件的低压涡轮气动设计方法:尾迹通过与边界层的相互作用,能够抑制分离,进而减小叶型损失,在气动设计中有效引入非定常效应可以大幅度提高低压涡轮的气动负荷或降低气动损失,最终达到提高性能的目的;数值及实验结果验证了这种设计方法的有效性.

航空发动机主轴-轴承系统温度场分析

在对航空发动机主轴-轴承系统热力学分析基础上,对主轴-轴承系统的发热、传导、对流、辐射等进行了分析,利用热路网络热流量平衡原理,建立了相应的热平衡方程组,并用数值分析方法对系统温度场进行了数值求解。实例计算和试验测试结果对比分析表明:所选节点温度的计算值和实测值之间相差不足1.2%,反映出本文建立的航空发动机主轴-轴承系统温度场计算数学模型具有很高的精确度,完全适用于一般的主轴-轴承系统温度场理论计算与分析。

某航空发动机扭振减振器失效机理分析

为了探究某航空发动机曲轴扭振减振器的失效机理,采用有限元法对该发动机轴系进行了模态分析,并进行了试验验证;基于轴系扭纵耦合振动理论和谐响应分析计算了该轴系的轴向振动位移幅值;在此基础上对扭振减振器进行了失效分析。研究结果表明,因该航空发动机经常工作在过渡工况,引起轴系扭转共振和扭纵耦合振动,使得轴系轴向位移较大,轴系产生的轴向力是造成该扭振减振器失效的最主要原因。

航空发动机角接触球轴承刚度的一种实用分析方法

在传统拟静力学分析方法的基础上 ,对航空发动机角接触球轴承刚度进行了研究。轴承可以在五个自由度方向上受载并产生位移。结合航空发动机转速较高的特点 ,分析模型考虑了钢球离心力、陀螺力矩以及弹性流体动压润滑和热效应的影响。同时 ,分析模型忽略轴承内部摩擦 ,假定钢球材料在线弹性范围内 ,轴承套圈作为刚体处理。通过拟静力学分析方法 ,可以建立航空发动机角接触球轴承的刚度分析模型。通过对轴承平衡进行迭代求解可以计算出轴承的五维刚度矩阵。结合一个实际的轴承 ,文中给出了轴承主刚度随外载荷、轴承转速等因素变化的规律。这些结论为轴承

悬臂同轴双转子系统不平衡耦合振动抑制试验研究

针对悬臂同轴双转子系统不平衡耦合振动突出问题,以某开式转子发动机输出端双转子系统为研究对象,对悬臂双转子系统振动耦合机理进行了理论推导、仿真分析和试验研究。首先,采用有限元法(FEM)建立了双转子系统等效动力学模型和耦合动力学方程,分析了悬臂同轴双转子系统耦合振动机理;然后,利用有限元软件对双转子系统进行了模态分析、临界转速分析以及不平衡响应分析,建立了自敏感系数概念以定量评价系统对不平衡振动的敏感度和耦合状态;最后,根据实际结构设计了悬臂同轴双转子实验台,进行了不同转速比下的不平衡振动抑制实验,并结合实验结果对仿真结果进行了验证。研究结果表明:模拟仿真提出的自敏感系数可作为双转子系统实际振动测点布置和不平衡振动抑制策略的理论依据;通过应用先平衡内转子后平衡外转子的不平衡振动分步抑振策略,可使双转子系统不平衡振动降幅达80%以上。该研究对双转子系统传感器测点布局和系统耦合振动抑制具有一定的指导意义。

旋转盘腔去旋系统数值模拟

对带有管式减涡器的盘腔内流动特性进行数值模拟,研究了减涡管的长度、管径和引气鼓筒孔的外形及尺寸,对盘腔内压力损失、流动结构的影响。计算结果表明:管式减涡器对于降低引气气流的压力损失有显著作用,存在最佳的减涡管长度使得引气的压力损失最小;减涡管管径、鼓筒孔面积增大都会减少流动损失;在鼓筒孔面积一定的情况下,长圆形鼓筒孔的性能比圆形鼓筒孔的更优。

滚子轴承准静态计算分析

本文提出向心圆柱滚子轴承准静态分析方法。分析时考虑了非圆滚道、套圈和滚子相对倾斜、轴承座柔性变形等因素对轴承性能的影响 ,研究了非圆滚道轴承设计的计算方法和内外圈反转时轴承的特性 ,提出了内圈倾斜时滚子承载判断方法、分片计算了倾斜滚子的接触力 ;用柔性二维接触问题的变分法计算了滚子最大应力。润滑模型考虑了赫兹区和入口区滑油的热效应及缺油的影响。并用该法对航空发动机主轴承进行了分析 。

带膜盘联轴节的动力传动轴的动力特性

带膜盘联轴节的动力传动轴是连接发动机和直升机传动系统的重要零件,其动力特性与一般结构形式的轴有所不同。文中采用有限元计算分析与试验验证相结合的方法,研究这种结构的动力传动轴的刚度、固有频率和转子动力特性。结果表明,这种动力传动轴的1阶振型通常表现为膜盘变形振动,轴的刚度和1阶固有频率随膜盘厚度的增大而增大,而1阶临界转速却基本不随膜盘厚度的变化而变。

非稳态工况下外圈带有ERSFD的圆柱滚子轴承保持架动态特性

为降低航空发动机主轴传动系统的振动,通常将弹性环、挤压油膜阻尼器与圆柱滚子轴承联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,建立了外圈带有弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)的圆柱滚子轴承动力学分析模型,采用GSTIFF预估-校正变步长积分法对动力学微分方程组进行求解,分析转速、冲击载荷以及弹性环结构参数(凸台宽度、凸台数量)对外圈带有ERSFD的圆柱滚子轴承保持架动态特性的影响,结果表明:外圈带有ERSFD的圆柱滚子轴承保持架稳定性高于普通圆柱滚子轴承;转速和冲击载荷对保持架动态特性影响较大,保持架打滑率随着转速的增大而增大,随着轴承所受冲击载荷的增大而减小;过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。

高强度钢制轴类零件加工制造中开裂原因分析与工艺改进

用超高强度钢制造的飞机起落架上的轴类零件,在机械加工过程中(镀铬层磨削中)经常出现表面开裂现象,裂纹特征基本相同。通过金相检验和显微硬度分析,发现零件在镀铬磨削过程中,次表面组织和显微硬度均发生了变化;对铬层实际厚度和除氢效果以及磨削过程进行分析,零件两端在磨削过程中均承受较高的拉应力,开裂属氢脆和应力腐蚀所致。控制镀层厚度和磨削参数,以及增加磨后回火工序等措施,大大降低了零件的报废率,取得了较好的经济效益。

基于等效应变的Walker模型对轮盘寿命的预测

涡轮盘作为工作在高温高转速下的航空发动机关键部件,存在低周循环疲劳的风险。因此,低周循环疲劳是其结构设计的重要问题之一。首先,基于Walker模型在低周循环疲劳上的特性,提出了一种简化的Walker寿命预测模型。并且使用GH4133材料的试验数据验证了Walker模型的可行性。同时,为了验证Walker模型的优越性,采用多种模型对某轮盘寿命进行了预测。结果表明:简化的Walker模型预测值和真实值之间的相对误差为13.79%,其计算精度高于其他模型;其次,利用3个轮盘的真实寿命数据,检验不同的Walker衍生模型的预测精度。最后使用简化的模型对某型号发动机涡轮盘进行实例分析。

深沟球轴承中球的自转规律研究

建立航空发动机高低压转子系统中深沟球轴承的拟静力学模型,运用Newton-Raphson法进行求解,分析载荷和转速对深沟球轴承内部载荷分布和球自转规律的影响。结果表明:深沟球轴承在转速不高时,径向力的改变对钢球自转角速度的影响不明显,而在转速较高时,随着径向力的增加,钢球自转速度逐渐增大;随着径向力的增加,承载区最外侧钢球的自转角速度比承载区内侧钢球的自转角速度增幅大;随着转速的增加,钢球的自转角速度增加。

基于小波包分析的转子振动信号故障特征提取研究

针对处理转子振动故障时,FFT等传统方法不能很好地分析同一频率下不同类型故障并发的复杂信号的情况,提出采用小波包分析的方法并分离故障特征向量。通过对比FFT与小波包分析方法,可以明显看出小波包分析的先进性和有效性。

显微磨粒图像识别知识规则提取及应用

针对新研制的多功能油液磨粒智能检测系统MIDCS中的磨粒图像识别问题,引入数据挖掘方法获取了磨粒图像识别的知识规则,实现对磨粒类别的智能识别。利用MIDCS系统获取实际航空发动机运行过程中由于滚动轴承磨损而产生的大量典型磨粒,基于图像分析方法提取16个磨粒特征参数,形成标准案例库;利用Weka软件的决策树算法自动提取知识规则,并对知识规则进行优化和简化;对所提取得到的知识规则进行验证和分析。结果表明,所提取的磨粒识别规则符合磨粒识别的统计规律,识别规则不仅简洁,而且具有很高的精度。基于Weka软件的规则提取方法大大提高了MIDCS系统的磨粒识别自动化和智能化水平,对于利用MIDCS进行航空发动机滚动轴承疲劳磨损故障诊断,具有重要的工程实用价值。