某型变转速直升机传动系统动力学特性分析

参考国外两级变速传动构型,基于某型直升机主减的结构布局,设计两级变转速直升机传动系统。利用集中质量法建立该型变转速直升机传动系统的动力学模型,模型中考虑时变啮合刚度、齿面摩擦、行星轮系的啮合相位以及各级齿轮副的综合传递误差等因素,推导系统的动力学微分方程。利用龙格库塔法进行数值求解,对比分析变转速直升机在相同工况下,高速级与低速级传动路径中系统的固有特性、动载荷、行星轮系的均载以及系统各级齿轮传动之间的耦合响应特性,研究输入功率、输入转速和摩擦因数对系统动力学特性的影响。研究结果表明:系统高速级路径中各级齿轮动载系数波动幅度较小,但低速级路径中两级行星轮系均载特性更优;可通过适当提高输入功率,降低输入转速来改善变速系统的动力学特性。

基于SW-YOLO模型的航空发动机叶片损伤实时检测

孔探检测技术是航空发动机叶片损伤检测的主要手段,但目前依赖人工操作,耗时耗力。本文提出了一个孔探视频检测的SW-YOLO模型,该模型包括输入端、主干网络、颈部网络、头部网络4个模块。首先,在主干网络加入了空间通道注意力模块(Spatial Channel-Convolutional Block Attention Module,SC-CBAM),有效避免位置信息丢失,提高目标边界回归能力,相较于YOLOv5,其平均精度均值P_(A)@0.5提高了5.4%。其次,在颈部网络对特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN)进行了改进,通过融合低层特征,扩大了模型感受野,有利于较小损伤区域的检测,如烧蚀损伤,平均精度提高了8.1%。最后,通过与YOLOv5,Faster R-CNN,SSD模型的对比实验,结果表明SW-YOLO模型的平均精度均值分别提高了7%,6.2%,6.3%,检测速度满足实时检测需求,有利于提高航空发动机孔探检测的自动化和智能化水平。

限幅装置对直升机尾传动轴系统动力学行为的影响研究

直升机尾传动轴系统易超临界工作,采用一种新型的限幅装置对其进行跨临界减振研究。分别建立尾传动轴动力学方程组,限幅装置动力学方程组和弹性支承动力学方程组,并基于界面协调理论相互耦合,建立具有限幅装置的直升机尾传动轴系统耦合动力学方程组。通过数值算法求解系统方程组,分别研究了偏心量、预紧力、碰摩间隙、辅助支座与摩擦环间隙以及碰摩摩擦因数对系统幅频响应特性的影响规律。结果表明:尾传动轴和限幅装置之间的碰摩使系统产生了附加刚度,导致转轴在共振点处出现跳跃和滞后现象;同时,限幅装置可以有效的降低转轴过临界转速的振动幅值,但不同参数下的减振效果不同,在设计时需要考虑。该研究为直升机尾传动轴系统的减振设计提供理论指导。

重型直升机前飞和悬停状态下主减速器舱流场与通风散热分析

建立重型直升机主减速器舱模型,应用计算流体动力学(CFD)方法,模拟直升机的前飞状态,得到直升机前飞时的出口边界参考压力;对直升机前飞及悬停状态下的流场及温度场进行仿真分析,并考虑空气分配器、发电机通风管路和液压箱通风管路的影响,比较前飞和悬停状态下主减速器舱空气流动状态和散热性能;探讨不同飞行高度和飞行速度下主减速器舱的空气流量和主减速器的散热功率。研究结果表明:在前飞状态下,直升机主减速器舱及舱体外表面温度更低,经由侧气口排出的空气大大增加,而上气口则由压力出口变为进口,涌入大量空气吹向主减速器舱;在前飞状态下,主减速器舱内空气流动速度更快,每组侧气口排出的空气量大致相等,主减速器舱周围空气流速加快,有利于主减速器的散热;随飞行高度和飞行速度增加,主减速器舱出口边界参考压力逐渐减小,主减速器舱空气流量和主减速器的散热功率逐渐增大。

直升机中减三相流金属屑末可达性

直升机中间减速器(简称“中减”)在飞溅润滑下运转,轴承会因润滑不充分或磨损产生金属屑末,若油池底部的金属屑末信号器无法及时吸附报警则会导致直升机出现故障。为此,基于CFD理论,应用Fluent18.2软件建立中减固-液-气三相流模型,应用RNG k-ε湍流模型及动网格技术,基于欧拉-拉格朗日耦合计算方法,采用VOF-DPM耦合模型仿真计算并分析金属屑末的可达性程度,且与试验获得了良好的一致性。结果表明,金属屑末在刚射入机匣内部时以其自身的运动状态为主导,在齿轮将润滑油完全搅动后以齿轮的运动状态为主导,并且运动的随机性与无序性极大,碰到机匣壁面反弹后会发生轨迹突变;所有金属屑末在机匣内均围绕齿轮有离心运动的趋势,且金属屑末的平均速度与距齿轮的距离呈非线性负相关;金属屑末在机匣内的可达性较弱,会在导油管的凹槽与回油孔口沉积,导致直升机无法达到实时报警监测,需对金属屑末易沉积的机匣结构进行改进。

融合全局和局部信息的铁谱图像自动对焦算法

针对铁谱图像获取时人工对焦误差大、速度慢等问题,提出了一种融合全局信息和局部信息的铁谱图像自动对焦方法。此方法分为两个阶段:全局对焦阶段利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)提取整幅图像的特征向量,并利用门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)融合对焦过程提取的特征,预测当前全局离焦距离,起到粗对焦的作用;局部对焦阶段提取磨粒的特征向量,利用GRU融合当前特征与前一轮对焦提取的特征,并依据最厚磨粒信息,预测当前磨粒离焦距离,起到精对焦的作用。同时,为了提高对焦准确率,提出了结合拉普拉斯梯度的对焦方向判定法。实验结果表明,此算法在测试集上的对焦误差为2.51μm,当景深为2.0μm时对焦准确率为80.1%,平均对焦时间为0.771 s。本文提出的自动对焦方法具有较好的性能,为铁谱图像自动准确采集提供了技术支持。

圆柱齿轮分扭传动系统的均载特性及试验研究

运用集中参数法建立含齿面摩擦的动力学方程,根据系统闭环特点消除传动系统的刚体位移;采用Runge-Kutta法获得扭转刚度对传动系统动态均载系数的影响,并在3种工况下下开展2组传动系统均载性能的试验及对比分析。研究结果表明:通过减小双联轴扭转刚度获得的大变形可有效补偿齿轮副中心距位移、齿轮侧隙等引起的系统偏转角,改善均载性能;均载系数试验值和理论值之间的相对误差小于10%;在相同工况下,第2组均载系数的试验值均比第1组的低,试验结果验证了理论研究模型的有效性;为获得较好的均载性能,在满足强度的条件下,可尽量增大双联轴的柔度。

安装误差对面齿轮承载传动性能的影响

为确定面齿轮传动合理的安装误差范围,有必要揭示安装误差与强度、承载传动误差的内在关系。本文在齿面接触分析(TCA)的基础上,用TCA输出的转角分别将小轮齿面和含有安装误差的面齿轮齿面装配到固定坐标系中,利用小轮、面齿轮齿面离散点的坐标建立两轮的有限元网格模型,并设置前处理条件以生成inp文件,将各转角下的inp文件批处理导入ABAQUS中,求解各个转角下的承载接触问题,获得了面齿轮传动的齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载接触路径和承载传动误差。结果表明:安装误差对获得的承载传动性能参数均有明显影响,且影响规律与安装误差的方向有关,获得的承载传动性能参数均对轴夹角安装误差Δγ最敏感,初步确定了应力最大值、承载传动误差均值与安装误差的函数关系。本文为面齿轮传动安装尺寸的公差设计提出了计算方法。

刚度和齿隙对功率分流传动系统均载特性影响的敏感度分析

为获得影响面齿轮—圆柱齿轮两次功率分流传动系统均载特性的敏感性参数,建立该传动系统的弯扭耦合动力学模型。采用变步长龙格库塔法求解微分方程组,获得影响均载系数的敏感性参数。研究结果表明:对输入级均载特性影响最大的敏感性参数为输入轴X方向的支撑刚度和右分扭轴的扭转刚度,且刚度越小,均载特性越好;对分扭和并车级均载特性影响最大的敏感性参数为双联轴1在Y方向的支撑刚度和双联轴2的扭转刚度,且随着扭转刚度变化,均载系数存在拐点现象;输入级和分扭级的均载系数主要对其本身的齿侧间隙较敏感;并车级的均载系数对分扭级和其本身的齿侧间隙都较敏感;合理分配齿隙可改善整个系统的均载特性。

轻合金T型结构双激光束双侧同步焊接技术研究进展

轻合金双激光束双侧同步焊接(Double Laser-Beam Bilateral Synchronous Welding,DLBSW)技术是一项极具应用前景与发展潜力的先进技术,对实现航空航天壁板结构的轻量化与高效率制造具有重要意义。然而,由于轻合金本身的材料特性与DLBSW技术的特殊性,轻合金T型结构DLBSW技术仍然存在诸多细节问题有待深入探索。分析了轻合金T型结构DLBSW技术的焊接冶金特点与稳定性,重点研究了DLBSW接头中焊接缺陷的形成机理与抑制措施,考察了T型接头的力学性能与断裂机理。此外,探讨了轻合金T型结构DLBSW过程数值模拟研究的重要意义。

航空湿式离合器接合过程中摩擦副间瞬态流场特性分析

以航空湿式离合器为研究对象,通过数值仿真得出摩擦片输出转速曲线和对偶钢片轴向移动曲线,采用最小二乘法拟合出输出转速曲线公式和钢片轴向移动公式,获得接合过程中时变的摩擦片输出转速和钢片轴向移动位移。基于计算流体动力学(CFD)方法,运用Fluent仿真技术,采用动网格方法,对轴心供油冷却方式下摩擦副的不同接合时间下的瞬态流场进行仿真分析,研究该润滑方式下瞬态油液的速度分布规律和压力分布规律。研究结果表明:摩擦副半径越大处,油液流速越大,润滑油在油液离心力的作用下,高速排出,部分油液不断被搅动,再次进入摩擦副片间润滑摩擦副;在该轴心润滑方式下,随着接合时间增大,油液所受的油膜承载力越大,油压分布越均匀,接合面的油压几乎呈对称分布,润滑效果好。

磨料射流加工技术的发展与研究现状

与其他加工技术相比,磨料射流因具有无热损伤、高柔性、材料适用性强等特点,一直是国内外学者研究的热点。近年来,磨料射流被广泛用在微切割、微流道制备、表面抛光等领域,其发展趋势已经由宏观尺度向微观尺度转变,由粗加工向精加工转变。从射流的本质或根源来看,传统技术主要分为(磨料)水射流、浆体射流和磨料气射流。首先对上述各射流技术的发展背景、工作原理进行了综述。此外,还介绍了最近出现的多相射流和高压浆体射流等新技术。面对复杂的应用需求,如何挑选出合适的射流技术是一个难题。鉴于此,对各磨料射流技术的射流速度、工作压力、射流束直径、侵蚀轮廓和加工机理进行了深入分析和比较。最后对各磨料射流技术在微流道制备和表面光整加工等领域的应用情况以及存在的问题进行了论述,并详述了多相射流和浆体射流在表面抛光方面的优缺点。结果表明,磨料气射流拥有低压高速的优点,可以快速地去除材料。磨料气射流的缺点是射流易发散,需要结合掩模制备微流道。目前,掩模磨料气射流能加工宽度低至10μm的微流道。浆体射流和磨料水射流的射流束直径已经可低至50μm,能直接在表面刻蚀出大于50μm的微流道。抛光应用中,浆体射流的材料去除率远低于磨料气射流,但表面粗糙度要好。考虑到两者的优点,多相射流试图在磨料气射流和浆体射流之间建立一个桥梁。同时,与浆体射流的W形侵蚀轮廓相比,多相射流的U形侵蚀轮廓更有利于表面抛光。

误差交互作用对齿轮分扭传动系统静力学均载特性的影响研究

为进一步掌握误差与分扭传动系统均载性能间的关系,针对单输入双输出齿轮分扭传动系统,建立了静力学模型和方程,研究了误差间交互作用对系统静力学均载系数的影响,并开展了基于交互作用的正交试验参数匹配分析。结果表明,部分齿侧间隙间存在交互作用;任意两中心距误差间均存在交互作用;通过基于交互作用的参数匹配分析,可获得有助于改善系统均载性能的误差最优组合方式。

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。

面齿轮副的典型故障振动分析

目前国内外对齿轮以及轴承的故障动力学研究已经很完善,但两者复合的故障动力学研究还不够深入。将面齿轮副与滚动轴承的动力学耦合到一起,建立齿轮-轴承耦合动力学模型,通过实验研究获得了模型在单一以及复合故障下的时域以及频域响应规律,为齿轮传动故障诊断提供理论依据。

基于重叠网格的航行体水动力特性计算

利用重叠网格技术结合实验方法,研究了航行体跨界质过程中的阻力来源。将试验结果与仿真结果进行对比,得出该过程中的水动力及水动力系数变化趋势以及原因,结果表明:航行体在水下速度由25 m/s下降到9.7 m/s,水动力以及系数在航行体即将出水时刻达到最大值,分别为0.65 kN和0.184。出水过程水动力及力系数主要受水冢现象、浮力变化以及附连水质量变化影响而呈现波动并逐渐趋向于零,粘滞力是航行体完全出水后主要的流体阻力来源。该研究为水航行体减阻设计提供了参考依据。

磁轴承BP神经网络PID控制算法研究

针对传统PID控制算法难以解决磁悬浮系统非线性的问题,设计一种BP神经网络PID控制算法。通过仿真分析与试验研究,比较普通PID控制算法与BP神经网络PID控制算法对磁悬浮系统的实际控制效果。研究结果表明:BP神经网络PID控制算法可以改善磁悬浮系统的静动态性能,并使系统具有自学习、自适应的能力。

湿式摩擦离合器摩擦副热特性分析

为了研究湿式多片离合器摩擦副的发热情况,选取其中一对摩擦副,建立了瞬态及稳态热分析有限元模型,将油槽类型转化为当量圆柱体并建立对流换热模型,计算了对流换热系数,并以此为边界条件,计算不同时间下摩擦片与对偶钢片沿径向和轴向的温度分布。同时,针对不同材料及槽型对摩擦副温度的影响进行分析,并采用SAE#2试验机,测试了不同材料及槽型的摩擦副温度,与理论分析进行了对比,温度变化趋势一致,误差较小。

非等温粗糙表面液滴撞击特性试验与仿真研究

非等温固体表面液滴碰撞现象广泛存在于航空航天领域机械零部件中,液滴碰撞动力学行为的研究对提升机械零部件传热换热以及润滑性能具有重要意义.为获得液滴在非等温粗糙表面的撞击特性,研究了硅油在金属表面撞击、铺展和回缩的动力学行为,并着重分析了硅油黏度、撞击速度、油滴初始直径、金属表面粗糙度及温度对硅油撞击特性的影响.结果表明,在等温表面,液滴最大铺展直径与撞击速度、基体表面温度及液滴初始直径正相关,与基体表面粗糙度、硅油黏度负相关;当表面粗糙度介于6.3~25μm时,其对液滴最大铺展直径影响较小;在非等温表面,液滴回缩过程中少量液体残留并形成尾迹,且残留尾迹随基体温度升高而愈发明显;随后数值模拟了硅油在非等温粗糙表面的碰撞过程,并揭示了基体温度和表面粗糙度的影响机制.本文中研究成果为理解非等温粗糙金属表面液滴的撞击行为提供了丰富的理论和试验依据.

旋转惯性液压变换器的能效特性

为探究旋转惯性液压变换器(RIHC)的主要性能及其能量转化机制,针对由等效两位三通快速切换阀驱动的旋转惯性液压变换器构型建立其理论分析模型。通过与传统比例液压系统(CHPS)对比实验,验证所建理论模型并给出两者能效差异。结果表明:所建理论模型可有效预测RIHC的主要性能,可通过系统吸油流量量化旋转惯性效应的大小,稳态吸油流量在有效占空比0.5时达到峰值。脉宽调制信号有效占空比控制模式下,随着飞轮转速、负载压力的增加,测得阀口节流损失与系统效率线性化增加。实验表明:负载压力在0~4 MPa范围内,RIHC相较于CHPS最高可减少89%的阀口节流损失,系统效率提升15.7%。