能源与动力类实验教学中存在的问题及改革措施——以南京航空航天大学《空天动力试验与测试技术》课程为例

结合近年来在能源与动力类专业实验教学实践经验,以空天动力试验与测试技术为背景,从实验室建设、师资力量配备以及实验室管理制度等方面对能源与动力类实验教学中存在的问题及弊端深入进行分析,并以问题为向导,从完善实验教学体系、创新实验教学方式和方法、健全实验教学师资队伍以及强化实验室管理体制改革等方面提出具体改革措施,以提高实验教学的针对性,促进学生创新、实践能力的培养。

航空发动机创新创业人才培养机制——以南京航空航天大学能源与动力学院为例

针对航空发动机创新创业人才的培养机制展开研究,构建"三纵一横"人才培养体系。以立德树人为根本目标,围绕"理论教育服务实践能力培养、实践能力促进创新创业能力建设、创新创业促进理论教育发展"的先进理念,多维度、多方位地培养具有扎实理论基础、协同创新能力、工程应用实践能力和科研成果转化与应用能力的创新创业高技能型人才。

航空发动机工程设计创新人才培养体系——以南京航空航天大学《航空发动机工程设计》课程为例

文章针对航空发动机工程设计创新人才的培养机制开展研究,建立以学生为主体、理论学习与工程实践并行的工程设计创新人才校企联合培养新模式。以国家需求为牵引,以工程应用为背景,以技术创新为目标,围绕“学生中心、产出导向、持续改进”的先进课程教学理念,培养理论基础扎实、工程经验丰富、树立“空天报国”志向的航空发动机工程设计创新人才。

基于学赛互融、产教互通的卓越人才培养探索——以南京航空航天大学车辆工程专业为例

从“双创”教学模式、工程实践平台、产教融合体系和人才评价机制4个方面讨论了南京航空航天大学车辆工程系卓越人才培养理念。为解决教学内容与产业发展联系不够密切的问题,注重项目驱动式实践课程设计,引导学生解决智能网联汽车领域的实际工程问题。组建“双师型”课程组,在课程教学中融入研究性和探究性元素,帮助教师面向产业赛道进行教学设计;组织学生参加高水平创新创业大赛,搭建校内选拔平台、健全奖励制度,挖掘学生“双创”潜力。以基础科研能力训练、企业项目式实习为载体,构建结构完善、具有鲜明教学特色的产教融合协同育人模式,为面向电动化、智能化、信息化汽车产业革新需求储备优秀的复合型技术人才。

大学生卓越人才培养模式再探索——南京航空航天大学“飞行器动力工程专业培优班”建设的思考

南京航空航天大学"飞行器动力工程培优班"自组建以来既取得了诸多经验,也反映出学生流动性过大和发展机会不足等问题。优化培养方案的关键在于改进招生模式,关注学生心态的培养与潜能的开发,利用学校优势与国内外著名校企建立交流机制,实现资源利用的最大化,进一步从传统教育向现代教育转型。

面向全校理工科专业的热工基础课程探索与实践——以南京航空航天大学为例

为了提高学生合理用能、节能及环保意识,南京航空航天大学面向全校理工科专业开设了36学时的热工基础课程。热工基础课程依托于能源与动力类专业工程热力学课程和传热学课程,并在此基础上针对具体教学内容、教学方式及考核方式进行了改革。通过三年多的探索与实践,达成了预期的培养目标。本文主要针对热工基础课程开设以来所取得的有益经验及现有不足进行了讨论。

论虚拟仿真实验在航空发动机教学中的重要性——以南京航空航天大学航空发动机原理虚拟仿真实验平台为例

航空发动机事关国家政治、国防以及经济等,是一个国家综合国力的体现。由于我国航空事业起步晚,尽管经过多年的发展,我国的航空发动机技术仍落后于欧美国家,其中航空发动机人才培养是制约着航空发动机技术发展的重要瓶颈之一。由于航空发动机实验成本高、难度大、污染高等原因,高校针对航空发动机专业的教学仍局限于理论课本教学,无法让学生切身掌握航空发动机的工作原理,极大地影响了专业人才培养的质量。虚拟仿真技术是教育部2018年提出的教育建设工程,可以有效地解决航空发动机整机实验中遇到的各类难点。文章以南京航空航天大学航空发动机原理仿真实验平台为例,阐述了虚拟仿真的必要性和组成结构,论述了虚拟仿真技术在航空发动机教学的重要性。虚拟仿真技术可以进一步促进我国航空发动机人才的培养,助力我国航空工业发展。

研究生科技创新思维培养的重要性及培养模式探讨——以南京航空航天大学为例

科学技术发展的新形势对科研人员提出了新要求。针对当前研究生创新能力不足与培养质量不高的实际问题,本文结合现有培养模式和新的环境,以南京航空航天大学研究生培养为例,对研究生科技创新思维培养进行了探讨。

航空发动机整机动力学建模及模型确认

针对航空发动机整机结构部件多、连接状态复杂、动力学特性预测困难的问题,提出了基于“超模型”虚拟测试数据的航空发动机整机结构分层次动力学建模及模型确认方法。建立各单个部件的简化模型,在初始无样机时,基于超模型的虚拟测试数据对单个部件简化模型进行动力学模型确认;基于两两连接部件超模型的虚拟测试数据,实现确认后的简化模型两两连接界面的修正与确认,连接部件超模型的虚拟测试数据通过部件的超模型与螺栓连接超模型建模理论获得;建立转子组件的动力学模型,并基于参考数据进行修正与确认;将确认后的转子模型和考虑连接的机匣系统模型进行组合,获得整机动力学模型。以某型涡扇发动机为例,采用该方法建立了其整机动力学模型。确认后的发动机整机简化模型的临界转速预测值与实际发动机整机测试的临界转速参考值对比,误差在10%以内,验证了方法的有效性。

碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用

先进复合材料在飞行器上的应用经历了从非承力结构到非主要承力结构再到主要承力结构的过程,在航空航天领域应用先进复合材料可以有效减轻各类飞行器的重量。以航空航天领域应用广泛的碳纤维增强复合材料为对象,简单分析了碳纤维增强复合材料的特点,总结了碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用情况,展望了航空航天领域碳纤维增强复合材料的发展趋势,旨在为碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用提供一定的参考。

基于“跨界”导师团的研究生培养模式探索——以提升航空宇航推进理论与工程专业研究生创新能力为例

新时代背景下,创新人才培养的战略意义被提升到了新的高度。对航空宇航推进理论与工程专业研究生创新能力的培养,直接关乎我国航空发动机领域的创新发展。为满足航空发动机行业对创新型、实用型和复合型人才的迫切需求,文章提出一种基于“跨界”导师团的研究生培养模式,并对该模式的运行机制进行了初步探索。该模式汇集了资深名师、思政教师、青年教师和院所导师,旨在培养具备跨学科背景和综合创新能力的研究生。

航空发动机转子动力学计算软件开发

为打破国外技术封锁,摆脱对Matlab等闭源计算平台的依赖,采用C++语言开发航空发动机转子动力学计算软件RDyn,基于一维梁单元模型和二维轴对称等参单元模型实现多种动力学特性求解功能,具有良好的前后处理可视化交互界面。利用Nelson转子模型,将自研软件的计算结果与商业软件进行对比。结果表明:其误差较小,验证了软件的正确性与实用性。

航空用空气涡轮起动机涡轮动力学特性分析

涡轮作为空气涡轮起动机的最核心组件,其动力学特性影响整个起动机。通过有限元商用软件建立空气涡轮起动机整机有限元模型。减速系统中的双联齿轮部件被等效简化为两个质点间的弹簧连接,弹簧的刚度等于通过威伯-班纳斯切克模型计算得到的齿轮啮合刚度。基于起动机模型进行涡轮临界转速计算和不平衡响应分析,得知该型空气涡轮起动机在加速阶段会经历涡轮两阶临界转速,并确定实际不平衡量激励下的响应大小,为涡轮优化设计以及振动控制提供技术依据。

航空发动机全生命周期碳排放计量方法研究

航空产业是碳排放八大重点行业之一,航空产业的碳排放主要受航空发动机碳排放的影响,因此亟需开展航空发动机碳排放计量方法研究。以生命周期评价作为航空发动机碳足迹的量化方法,将航空发动机全生命周期碳排放分为燃料周期碳排放与材料周期碳排放,并分别进行统计;将航空发动机系统边界进行划分,对各个阶段进行数据收集,并对数据做出要求,得到一套相对完整的航空发动机碳排放计量方法。本文得到的方法可以从生命周期的角度全面评估航空发动机碳排放,能够为航空发动机全生命周期碳排放计量提供指引,从燃料角度与材料角度为减排提供理论基础。

基于模态的航天器快速动静载荷叠加算法研究

为了快速计算航天器结构中动静载荷叠加的响应,需要在后处理时针对载荷进行组合负载。本文针对火箭薄壁加筋舱段结构的爆炸分离阶段进行了包络仿真研究,提出了基于模态数据进行坐标变化的快速动静载荷叠加响应算法,并采用数值积分方法进行求解,发现动静载荷叠加中若忽略相位的影响会导致航天器结构设计方案安全裕度较高的结果。本文对比了商用软件与基于模态的快速动静载荷叠加算法的响应计算结果,结果表明,计算结果基本一致但后者具有速度快、效率高的特点。本文还结合爆炸分离的载荷时序进行不同相位差、不同时间差下的多参数动响应优化。

基于双向优化策略的航空发动机多变量加速控制规律优化研究

针对航空发动机传统加速优化采用并行优化方法,未能有效利用燃油与几何变量的配合作用,提出了一种基于双向优化策略的加速控制规律优化方法。并行单向优化方法中的目标函数集中在发动机当前性能上,燃油的主导作用限制了紧贴约束边界优化过程几何变量的调节范围;而几何变量是通过增加空气流量、提高旋转部件效率等措施改善燃油流量的变化速率来间接提高发动机加速性能。因此,双向优化策略根据控制量在提高加速性作用方式的不同,将多变量并行优化分解为燃油单变量和几何多变量优化,并分别采用不同的目标函数,通过确定的加速燃油控制规律正向优化几何加速调节规律,然后根据几何调节规律反向求解加速燃油控制规律。仿真结果表明:在正向优化过程中,喘振裕度不再紧贴约束限制线,优化后的加速时间从4.44 s缩短至3.32 s,双向优化策略的加速时间优于传统并行方法,且优化出的多变量控制规律更平稳,更便于线性化。

混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望

本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计的数据耦合交互、研究设计与安全性分析相统一的建模方法、基于人工智能方法提高优化设计管理能力是目前面向其特点的关键发展方向,并为其后续的实验验证、适航条例制定等工程应用提供重要的技术支撑和设计依据。

考虑燃烧室出口温度分布的航空发动机部件级模型

燃烧室出口温度分布不均匀会使涡轮叶片受到不均匀的热载荷,严重影响涡轮叶片的工作寿命。本文提出一种具有燃烧室出口温度分布预测功能的部件级模型建模方法,为燃烧室出口温度分布控制研究提供了仿真平台。以变循环发动机为研究对象,根据其设计点参数设计燃烧室三维模型,通过CFD数值模拟的方法,计算得到该燃烧室三维模型在地面不同工作状态下的燃烧室出口温度分布场,组成温度分布场训练数据集。提出基于Inception-反卷积网络的燃烧室出口温度分布场重建方法,基于该方法构建了燃烧室出口温度分布场预测模型。建立了适用于全包线、全状态,可以预测燃烧室出口温度分布场的部件级模型,与传统的部件级模型相比,该模型能够预测发动机在不同工作状态、不同包线点下的燃烧室出口温度分布场。结果表明:Inception-反卷积网络在训练集和测试集上的均方误差比常规反卷积降低11.83%和5.6%,比WGAN-GP降低87%和90%;部件级模型预测温度分布场和CFD仿真温度分布场的温度分布趋势基本一致;所提出的Inception-反卷积网络预测精度高于常规反卷积网络和WGAN-GP网络预测精度,在热斑处温度点误差更小,在亚声速巡航点(H=8 km,Ma=0.7),(H=8 km,Ma=0.9)和超声速巡航点(H=10 km,Ma=1.4),(H=10 km,Ma=1.6)时,Inception-反卷积网络预测温度分布场的平均温度误差分别为0.05 K,-1.38 K,-1.54 K和4.44 K,均方误差分别为6.7×10^(-4),1.9×10^(-4),3.0×10^(-4)和1.4×10-3,热斑温度误差分别为-3.91 K,-3.67 K,-5.34 K和0.85 K。

多电航空发动机发电机负载突变时的自抗扰控制研究

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰动影响。通过多工况发电机负载突变仿真,验证了耦合输入和动态调度参数改进可减小超调,观测误差积分和动态调度参数改进可缩短调节时间。相同观测器带宽下,改进后转速受扰超调至少降低68%,调节时间至少缩短46%,总扰动最大估计误差减小80%,证明了改进后的算法对发电机负载突变具有更强的抗扰能力。

基于多模式加速及反步滑模的航空发动机压气机压力模拟方法

在航空发动机硬件在环仿真试验中,压气机出口压力模拟是一个重要的环节。为模拟压气机失稳过程中的气流突变现象,需要设计一种高精度的压力模拟系统,通过该模拟系统生成真实压力信号为全权限数字发动机控制器提供准确的压力激励。根据开关阀特性提出多模式加速切换策略,设计加速驱动波形及生成方法,结合现场可编程门阵列模块精确输出加速波形,提高开关阀启闭速度;在传统三模式与五模式切换的基础上设计七模式切换方法,结合反步滑模控制方法提高控制精度并证明了控制系统的稳定性。研究结果表明:在稳态压力测试中最大平均超调量为1.25%,最大平均稳态误差为0.016 MPa;在随机阶跃响应试验与正弦跟踪试验中仅有低于0.02 MPa的平均误差;压力模拟方法可满足航空发动机硬件在环仿真试验的高精度压力模拟需求,低成本的实现精准模拟压力。