基于PIRD-CNN的航空发动机轴承故障诊断方法研究

航空发动机结构与系统的复杂性导致轴承的故障诊断方法通常面临特征提取与模式识别的困难。针对以上不足,考虑实际工程诊断的实时性与准确性,提出了一种新的基于转子位移概率密度信息(probability density information of rotor displacement,PIRD)的航空发动机轴承智能故障诊断方法。其主要对一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,1DCNN)模型进行改进,在传统的卷积层前面增加了PIRD的提取层,可以提取转子振动位移信号的概率密度信息,有效地降低了数据的冗余度,同时保留了故障监测的重要指标。提出的PIRD-CNN诊断模型保留了1DCNN端到端的故障诊断优势,将该模型在航空发动机试验台产生的轴承故障数据进行测试,其对轴承故障诊断精度可达96.58%,与基准研究相对比表明,PIRD-CNN能够快速且更加精准地诊断航空发动机轴承的故障。

基于力控技术的航空整体加强框自适应定位方法研究

为了减弱制造差异对航空整体加强框装配定位质量的影响,解决强迫定位造成的定位过程管控性差和定位结果复现度低的难题,基于力控技术提出一种航空整体加强框自适应定位方法,按传统强迫方式完成装配定位后,在设计允许范围内调整若干坐标定位孔位置,至孔位处力载值满足自适应定位要求。针对航空整体加强框装配定位工艺对形位精度、装配应力水平的要求,量化装配定位质量评价标准,基于正交试验分析定位孔处力载绝对平均值和定位检测点处应力绝对平均值的变化规律,进行装配现场易于获取的力载值取代应力值的可行性研究,通过修正装配定位质量评价标准量化公式得到坐标定位孔处力载调整目标,指导航空整体加强框装配定位。

航空发动机叶片再制造技术的应用及其发展趋势

围绕2类航空发动机典型缺陷(损伤类缺陷和附着类缺陷),分析增材再制造和减材再制造在航空发动机叶片再制造领域的应用及其所达到的效果。以航空发动机叶片再制造效果和再制造成本为评价指标,总结激光熔覆、焊接等增材再制造技术和水基液清洗、机械物理方法等减材再制造技术的原理、优缺点,阐述航空发动机叶片再制造的发展趋势。

面向加工的航空整体加强框孔布局优化设计

航空整体加强框铣削加工过程中,工艺孔布局设计的合理性对其弹性变形的影响非常显著。针对航空整体加强框孔数与孔位设计依靠经验法和试错法的现状,提出一种面向加工的孔布局优化设计方法。首先,基于孔在制造中承担工艺功能的不同,将其分为主定位孔与辅定位孔两类;接着,初始化主定位孔布局,利用有限元法仿真铣削加工过程,以最大铣削变形量最小为目标,确定该主定位孔布局对应的辅定位孔布局;然后,以铣削变形平均值最小为目标,结合萤火虫算法与加权法实现最优主定位孔布局的搜索;最后,以某航空典型整体加强框为例,验证了该方法的可行性和有效性。

硼在fcc-Fe晶界偏析及对界面结合能力影响的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论计算了B在fcc-Fe的∑3(112),∑5(210),∑5(310),∑9(114),∑9(221)和∑11(113)六种对称倾斜晶界的偏析行为,从原子和电子层次揭示了B的偏析机制.结果表明:B更易偏析于∑5(210),∑5(310)和∑9(114)晶界,而在∑9(221),∑3(112)和∑11(113)晶界偏析的倾向较弱;B优先占据配位数最大、五面体或六面体构型的位置;拉伸实验和Rice-Wang热力学模型计算表明,B在晶界的偏析可提高界面的结合能力;B在E9(114)晶界偏析后电子结构引起局部电荷密度增加导致的化学效应优于结构变化带来的不利影响,B-p电子与Fe-s电子间的强相互作用提高了界面的结合能力.本研究结果对B优化奥氏体不锈钢界面结构具有一定指导作用.

航空发动机整体叶盘回转式滚磨光整加工数值模拟与分析

为探究航空发动机整体叶盘回转式滚磨光整加工的作用机理,基于离散元法对加工过程进行仿真计算。以叶片表面的Archard磨损量和累积接触能量为评价标准,研究滚抛磨块装入量和滚筒转速对加工效果的影响。结果表明:叶片型面的加工效率受工艺参数的影响较大,且叶背、叶盆呈现出明显的差异。回转式滚磨光整加工可以有效保证不同叶片间的加工均匀一致性,且在50%装入量、60 r/min转速条件下,同一叶片不同区域的加工均匀性最好。综合考虑加工效率与加工均匀性,优选以下参数范围:50%~60%装入量;0.65nmax~0.8nmax转速。

航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展

增材制造具有无需模具直接制造、材料利用率高,且对于结构复杂程度不受限制等优点,广泛应用于复杂化、轻量化的航空金属零部件一体化制造。但由于增材制造成形的零部件存在较高的表面粗糙度、复杂的残余应力分布以及难以消除的孔隙缺陷,严重制约了其在工业上的大规模应用。针对高使役性能航空零部件存在的表面完整性问题,概述了金属增材制造的原理及特点,总结了金属增材制造技术在航空领域的国内外应用现状,分析了金属增材制造零部件在批量生产与实际应用过程中所面临的困难与挑战。从加工机理、加工效果、应用范围等角度,重点阐述了化学、电化学、磨粒流、滚磨、激光等光整加工技术在航空金属增材制造领域的加工适应性,并对比分析了不同光整加工技术的优缺点,探讨了多种组合技术的多能场耦合协同效应,研究内容涵盖钛合金、不锈钢、铝合金、铜合金等材料,涉及管类、格栅、点阵、薄壁、曲面、复杂型腔等零部件结构特征。最后,针对航空金属增材制造光整加工领域的未来研究方向及关键技术作出思考与展望。

航空发动机铣削叶片抛磨技术研究现状及其发展趋势

叶片是航空发动机的核心部件,其苛刻的工况对其加工精度和表面完整性提出了更高要求。针对铣削叶片现有成性技术,阐述了叶片典型结构及抛磨前的表面状态,归纳了叶片抛磨技术关键共性难点。以表面完整性为评价指标,从手工抛磨、砂轮抛磨、砂带抛磨、磨粒流抛磨、柔性工具抛磨、磁力辅助抛磨、滚磨光整加工等方面介绍了航空发动机叶片抛磨的国内外研究进展,对比了各种抛磨技术的优缺点及适用范围。

单金属富勒烯M@C66(M=Ca,Sr,Ba)结构、稳定性及谱学的第一性原理计算研究

由于产量非常低,许多内嵌金属富勒烯(EMF)的结构尚不清楚,特别是碳笼碳数在70以下的单金属富勒烯.通过密度泛函理论(DFT)对内嵌碱土金属的单金属富勒烯M@C66(M=Ca,Sr和Ba)进行了理论计算研究.能量计算和统计热力学分析表明,在所考虑的众多C66富勒烯异构体中,内嵌Ca、Sr和Ba后,碳笼C2v(4348)-C66能量最低,但在高温情况下,另外一种碳笼C2(4466)-C66也有较高的分布.这两类金属富勒烯M@C2v(4348)-C66和M@C2(4466)-C66的HOMO-LUMO间隙较大,且都具有较强的局部芳香性,可能在将来的实验中被发现.此外,还计算了这两类金属富勒烯的近红外可见光吸收谱、红外谱、拉曼谱以及13C核磁共振谱,以协助将来的实验表征.

Re含量对TiCN-WC-HfN陶瓷微观组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结技术制备了TiCN–WC–HfN陶瓷,研究了Re含量(摩尔分数)对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料由TiC_(0.41)N_(0.5)、WC、HfN、TiC、Ni和Re组成,其中TiC_(0.41)N_(0.5)0是TiC与TiN在烧结过程中生成的固溶体。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料断口上存在凹坑和解理面,当Re摩尔分数为2.5%时,材料断口上的凹坑较多。当Re摩尔分数由0增到3.0%时,材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增大后减小。当Re摩尔分数为2.5%时,材料的力学性能最优,其维氏硬度为(19.25±0.21)GPa、抗弯强度为(1304±23)MPa、断裂韧度为(7.73±0.22)MPa∙m^(1/2)。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷在断裂过程中发生了穿晶断裂和沿晶断裂,其增韧机制为裂纹偏转和裂纹桥连。

烧结温度对Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷微观组织和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体相,HfN和WC为不同层的增强相,金属Ni和Mo为粘结相,采用交替铺层法制备素坯,并利用真空热压烧结技术制备Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷,研究了烧结温度对层状陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,材料中的晶粒逐渐长大,在烧结温度为1350℃和1400℃时,材料的晶粒较小但分布不均匀,且存在较多的微缺陷;在烧结温度为1450℃和1500℃时,材料中的晶粒相对均匀(粒径~1μm),微缺陷较少;在烧结温度达到1550℃时,材料中出现了大量粗大晶粒(粒径~2μm)。随着烧结温度的升高,层状陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度均先增大后减小。在1450℃下所制备的Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷具有较好的综合力学性能,其抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度分别为(1263.6±17.1)MPa、(18.5±0.3)GPa和(8.2±0.1)MPa·m1/2。此外,Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷在断裂时表现为穿晶与沿晶并存的断裂模式。

基于悬浮液等离子喷涂的Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_(3)悬浮液制备及涂层组织结构

【目的】常规大气等离子喷涂制备新型热障涂层陶瓷层候选材料Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_(3)(BMT)涂层应变容限较低。【方法】基于悬浮液等离子喷涂技术(SPS),以乙醇为分散介质,聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)和聚乙二醇(PEG)为分散剂,借助机械球磨制备了不同成分配比的BMT悬浮液。通过重力沉降观察法、紫外-可见分光光度计、Zeta电位仪对悬浮液的分散行为进行了研究,分析了分散剂种类及添加量对BMT悬浮液稳定性的影响;并利用SPS沉积了BMT涂层,对涂层的物相结构、表面形貌和截面组织进行了表征分析。【结果】结果表明:分散剂PEI在BMT颗粒表面吸附能够提高其Zeta电位,增强颗粒间斥力,并提供空间位阻作用,相比PAA和PEG,BMT悬浮液可以获得更好的分散效果。同时,添加PEI的BMT悬浮液黏度较低(介于1.5~2mPa·s),适用于SPS.由SPS制备的BMT涂层基本维持了BMT的物相结构,涂层呈现明显的柱状晶组织,且随悬浮液固含量的提高,涂层沉积效率增加,所形成的柱状晶体积更大,符合高应变容限涂层的组织结构特征。

烧结温度对氮化硅层状陶瓷材料微观组织和力学性能的影响

采用交替铺层技术成功制备了以α-Si_(3)N_(4)为基体,Y_(2)O_(3)-MgO-WC和GdF_(3)-MgO分别作为A层和B层添加相的层状素坯。采用真空热压烧结技术,分别以烧结温度为1550、1600、1650、1700、1750℃,压力为30 MPa,保温时间为60 min,制备了Si_(3)N_(4)-Y_(2)O_(3)-MgO-WC/Si_(3)N_(4)-GdF_(3)-MgO层状陶瓷材料,并研究了烧结温度对氮化硅层状陶瓷材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:氮化硅层状陶瓷材料的断裂韧度随着温度的升高先增后减,最高断裂韧度出现在烧结温度为1650℃时,其中面断裂韧度为7.844 MPa·m^(1/2),层断裂韧度为7.294 MPa·m^(1/2)。同时,层状陶瓷材料的抗弯强度和硬度随烧结温度升高先减后增。当烧结温度为1550℃时,抗弯强度为841.797 MPa,面维氏硬度为16.227 GPa。此外,层状陶瓷材料的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合模式。

层厚对TiC-HfN/TiC-HfC层状陶瓷微观组织及力学性能的影响

以TiC为基体相、Hf N和HfC分别为各层的增强相、Ni和Co为金属相,利用微叠层装置进行叠层,采用真空热压烧结技术,在1500℃下制备了不同层厚的TiC-Hf N/TiC-HfC层状陶瓷,其层厚分别为0.25、0.30、0.35、0.40mm,研究了层厚对该材料微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:在不同层厚下,材料的断口形貌基本相似,且晶粒的尺寸均在5μm左右;随着层厚的增大,材料的相对密度、硬度和抗弯强度先增大后减小,层面断裂韧度基本保持不变,而层间断裂韧度不断减小;当层厚为0.30 mm时,材料具有相对较好的综合力学性能,此时其硬度为(19.6±0.24)GPa、抗弯强度为(841.1±20) MPa、层面断裂韧度为(6.5±0.18)MPa·m^(1/2)和层间断裂韧度为(8.3±0.27)MPa·m^(1/2)。

Cu-Ti-Cr-Mg合金在热机械处理过程中组织与性能演变

合金化是提高Cu-Ti合金性能的主要手段之一,有望获得高性能来替代Cu-Be合金。本文设计了一种Cu-4Ti-0.5Cr-1Mg合金,研究了热机械处理对Cu-Ti合金组织和性能的影响。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对合金的微观结构及相组成进行分析,并测试了材料的力学性能和导电性。结果表明:Cr、Mg合金元素的加入未改变Cu-Ti合金的时效序列,但形成了Cr_(2)Ti金属间化合物,且长时间时效时抑制了β-Cu_(4)Ti相的析出。40%冷轧后,380℃等温时效1 h合金获得优良的综合性能,硬度和强度分别为350HV和1220 MPa,导电率为10.84%IACS。设计合金的超高强度主要归因于β'-Cu_(4)Ti弥散析出强化和加工硬化。

可用于近紫外LED芯片的铕-铱双金属配合物红光共聚荧光粉

本研究以Ir配合物FIrPic作为Eu离子的配体,合成了一种新的Eu-Ir双金属配合物Eu(FIrPic)_(2)(Phen)UA,并通过自由基聚合成功制备了红色发光荧光共聚物PM-Eu-Ir,适用于商用近紫外芯片型LED。在不影响Eu^(3+)离子的荧光发射特性的前提下,加入Ir-配合物可以有效地敏化Eu^(3+)离子,增强其对400 nm紫外光的吸收。在365 nm紫外光激发下,共聚物PM-Eu-Ir在612 nm处显示出最强的发射峰,其CIE坐标为(0.461,0.254),这与365 nm近紫外芯片非常吻合。红色共聚荧光粉PM-Eu-Ir的微观形貌为典型的多层空间网络结构,除了表现出明显的红光发射和634.54μs的荧光寿命外,还在25~250℃的宽温范围内具有优异的热稳定性。使用共聚物PM-Eu-Ir制作的LED发出的红光亮度为149800 cd/m^(2)。研究结果表明,所制备的共聚荧光粉可作为红光元件用于制造近紫外芯片白光LED。

改进的基于贝叶斯框架和Lamb波的复合材料损伤定位方法

研究了一种改进的在贝叶斯框架下将椭圆轨迹法与概率成像法进行概率集成的重构算法,通过研究Lamb波在复合材料层合板上的传播特性,对重构算法进行改进,解决了原有算法对于传感器网络边缘的分层损伤定位不准确的问题。本研究还以曲面复合材料层合板为例,进行了几种不同分层损伤工况下的有限元分析,提出了权重系数β,为该方法应用在曲面复合材料层合板上提供了可靠的解决方法。结果表明,改进的重构算法可以实现对传感器网络边缘分层损伤和曲面复合材料板分层损伤的精准定位,定位的绝对误差小于1 cm。

滚抛磨块材质对SLM成型316L不锈钢表面滚磨光整效果影响的实验研究

为了深入研究不同材质滚抛磨块对选择性激光熔化(selective laser melting, SLM)成型316L不锈钢表面滚磨光整效果的影响,选用氧化铝、白陶瓷和棕刚玉3种滚抛磨块进行滚磨光整加工,研究不同材质滚抛磨块对SLM成型316L不锈钢在水平面和垂直面上的表面粗糙度、材料去除率、显微硬度及物相组成的影响。结果表明:棕刚玉磨块的加工效率最高,能显著降低水平面及垂直面的表面粗糙度,其中水平面的表面粗糙度下降率达到68.69%,垂直面的表面粗糙度下降率达到87.53%,并能提高材料去除率、增强显微硬度与残余压应力;相比之下,白陶瓷磨块在保持表面完整性的同时,可有效去除SLM成型缺陷,满足特殊表面需求;氧化铝磨块加工效果位于二者之间。

基于深度学习和MOEA/D的高升力翼型气动优化设计

【目的】针对翼型优化气动参数间性能冲突问题,提出一种基于深度学习和MOEA/D相结合的混合优化模型,将卷积神经网络、遗传算法内插到MOEA/D框架之中,用于权衡各目标函数之间的相关性和复杂度。【方法】首先,尝试将深度学习方法作为常规流体力学分析方法的补充,建立高可信度的翼型气动特性CNN响应预测模型,用于快速评估翼型的气动参数;然后将响应模型、遗传算子内插到MOEA/D框架之中,构建基于MOEA/D的多目标混合优化模型,并以NACA某5位数高升力翼型巡航工况下的升阻比和力矩系数为优化目标,对其进行测试。【结果】结果表明:利用该混合模型可以高效地在设计空间内获得连续的Pareto前沿解,最后对获得的Pareto前沿面翼型进行气动性能和流场结构分析,研究不同翼型构型在前沿面的分布规律,进一步指导设计者在翼型选型中挖掘潜在的基础翼型。

氢能无人机等效消耗最小化策略设计

【目的】为了提高氢能混合动力固定翼无人机飞行过程中能源系统功率变化的稳定性以及燃料经济性。【方法】在传统等效消耗最小化策略理论的基础上引入一种考虑蓄电池组功率变化幅度对能量消耗影响的变等效因子。将此因子与原有等效因子加权相加,形成复合等效因子。建立了适用于复杂飞行工况的无人机混合动力仿真平台,研究了复合等效因子对等效消耗最小化策略控制效果的影响。【结果】结果表明,使用复合等效因子的等效消耗最小化策略可以有效降低能源系统的功率波动幅度,巡航飞行时氢燃料电池的功率波动幅度比传统等效消耗最小化策略降低了94.7%,飞行过程中蓄电池组SOC累计变化量降低了46%;在3.5 h的飞行任务中可节省193标准升氢气,提高了燃料的经济性。当蓄电池组SOC接近平衡值时,可以大幅减缓充电功率的变化率。改进后的等效消耗最小化策略有利于延长能源系统的使用寿命,提高燃料电池和蓄电池组的安全性。