国家急需领域研究生教育综合改革的探索研究——以西北工业大学航空发动机领域研究生培养为例

航空发动机领域高层次人才是国家急需短缺领域,文章针对当前航空发动机领域人才培养与实践脱节、基础理论教学与工程教育分离的问题,对比分析国内外航空发动机行业人才培养模式,结合我国航空发动机高层次人才特征内涵,提出了基于产学研深度融合的航空发动机领域研究生教育综合改革的路径与若干举措。重点围绕国家对航空发动机领域人才的能力需求进行育人模式、课程建设、论文研究的改革与创新,切实推动航空发动机校企联合育人落实、落地,实施人才质量供给侧结构性改革,为加快我国航空发动机研制提供有力支撑。

国防领域研究生科研素养的分析与提升对策——以西北工业大学航空发动机专业为例

为了更好地承担高层次人才培养和创新创造的使命,科研素养养成已经成为研究生教育的重要环节。针对国防教育领域的研究生培养需求,研究了科研素养的内涵、培养途径与养成效果,分析了国内外科研素养的培养现状。同时,介绍了西北工业大学动力与能源学院在科研素养提升方面的实践。研究表明,高校应该积极推进相关课程建设,促进科研素养提升与培养环节的深度融合。通过课程设计、资源建设、能力评价的具体实践,可以有效促进航空发动机专业研究生的科研素养,为国防事业发展培养高质量创新人才。

西北工业大学科协再次入选“全国科技工作者日”高校科协十佳优秀组织单位

中国科协对2021年“全国科技工作者日”优秀组织单位进行了通报表彰,西北工业大学科协连续两年获得“‘全国科技工作者日’高校科协十佳优秀组织单位”荣誉称号。“全国科技工作者日”于2016年11月25日经国务院批准设立,时间定为每年5月30日。这也是中国科技界第一次拥有属于科技工作者自己的节日,旨在鼓励全国广大科技工作者牢记使命与责任,紧紧围绕党和国家的中心任务,瞄准建设世界科技强国的宏伟目标.

能源动力类本科教学与学生培养改革探讨

能源动力类本科教学与学生培养,目的是要培养出德才兼备、有责任担当的有志青年,要求能源动力类学生具有全面的思考能力、积极向上的人生态度和强烈的社会责任感。近年来,教育部也对高等学校人才培养方面不断提出新的要求,特别是课程思政建设方面,将立德树人作为中心环节。本文结合本人在“传热学”教学过程中遇到的问题和自身的感悟,从课程思政和专业教育(小班教学、过程控制和授课方法等方面)的角度进行了探讨,为课程思政和专业教育的协调发展提供借鉴。

方形动力电池组多风道热管理研究

针对传统风冷式电池热管理系统的散热能力不足、电池组整体均温性较差的问题,提出了一种分层多风道风冷式冷却方法,采用挡风板将单风道系统分割为多风道系统,建立了多风道动力电池热管理系统。通过实验方法测量了钴酸锂电池的放电温升以及电阻与放电深度的关系,并针对多风道电池热管理模型进行了数值计算研究。结果表明,三风道U型热管理系统的散热效果优于其他热管理系统。当冷却空气流速为0.5 m/s时,三风道U型电池热管理系统的最高温度降低8.4 K,最大温差减小12.4 K,电池组均温性提高。当冷却空气流速为5 m/s时,三风道U型电池热管理系统的最高温度及温差均可以降低5.3 K。使电池组的最高温度和最大温差保持在合理范围内。

考虑模态转换的组合动力飞机任务性能快速评估方法

工作在较宽飞行范围的高马赫数组合动力飞机,其动力性能受到飞行条件/飞行姿态以及模态转换的影响,并进一步影响其飞行任务性能。为尽可能真实并快速地评估组合动力飞机的飞行任务性能,提出了一种考虑模态转换的组合动力飞机任务性能快速评估方法,并量化研究了不同飞行轨迹、不同模态转换区间对飞行任务性能的影响。首先建立了高马赫数飞机的飞行动力学模型,将飞行姿态考虑进任务分析中;随后建立了组合动力的非安装及安装性能计算模型,飞行轨迹中可实时模拟动力装置的性能;最后建立了模态转换模拟模型,可分析模态转换过程对飞行任务性能的影响。结果表明:该文研究的飞行马赫数为5的组合动力飞机,巡航高度由海拔20 km升高至27 km,巡航距离增加18.3%,总航程增加21.9%;将模态转换马赫数区间由低马赫数2~2.3向高马赫数2.2~2.5范围移动,爬升加速段距离增加8.4%,爬升加速时间增加5.8%。

核主泵系统高温液态铅铋润滑导轴承流体动力学特性分析

铅铋轴承是新一代核电站二回路主循环系统重要组成部分,用于支撑整个转轴系统。针对轴承存在的动力学特性和润滑机制尚不清晰等问题,建立铅铋轴承流体动力学模型,研究间隙、转速、偏心率和有无环形导流槽对铅铋轴承液膜流体动力学特性的影响,揭示压力峰值与转速、偏心率和间隙的变化关系,探明间隙对动压效应形成规律的影响。研究结果显示环形导流槽对承载力和摩擦因数的影响远小于无环形导流槽,最大压力随着转速、偏心率的增大而增大,随着间隙的增大而减小,最小压力与最大压力结果相反。研究结果为新型高温液态金属润滑轴承设计研发及国产化提供了理论依据。

某动力涡轮转子连接圆弧端齿的优化设计

针对圆弧端齿开设螺栓孔会破坏圆弧端齿齿形结构的完整性、产生局部应力集中等问题,建立了带有螺栓预紧的动力涡轮盘轴圆弧端齿连接转子优化模型,基于ANSYS优化平台进行了带螺栓孔的圆弧端齿结构优化设计。分析结果表明,螺栓孔的开设对圆弧端齿齿底的强度削弱作用要比对凹(凸)齿本身的大,且将螺栓孔径向分布在圆弧端齿的节圆直径附近有利于降低圆弧端齿结构的应力和改善应力分布;在满足其他应力约束条件下,优化后的圆弧端齿最大等效应力比原始方案降低9.1%,端齿工作面最大接触应力降低44.6%,改善了圆弧端齿齿根附近的应力分布状态,同时也没有对动力涡轮盘轴转子变形产生影响。

动力系统大学生节能减排创新能力培养研究

节能减排是深入贯彻落实科学发展观、实现可持续发展的重要举措,节能减排离不开科技创新,科技创新关键靠人才,基础在教育。高校作为国家创新体系的重要组成部分,在加快转变经济发展方式中肩负着重大使命,因此注重高校大学生节能减排创新能力的培养是一项十分重要的工作。本文在充分认识节能减排重要性基础上,对动力系统节能减排大学生创新培养的现状进行分析,从节能减排大学生实践基地、科技创新体系、改革教育教学内容方法等多个方面,创新了动力系统大学生培养模式,并对在该模式下大学生所取得的实际效果进行了阐述。

无人机油电混合动力能源管理优化系统

无人机在军事、农业、运输、勘探、灾难救援等方面持续发挥着巨大的作用。着眼于无人机重量和能量之间的矛盾,顺应航空发动机电推的发展趋势,应用油电混合推进系统,解决热力发动机难控制的技术障碍,通过遗传算法,寻找最长航时与最长航程情况下的最优化解,使得无人机能够达到飞行时间更长、航程更远、滞空时间更长的目标。

某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除

针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题,开展了时域和频域分析,指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。推导了航空发动机拍振引起的振动响应,建立了某型航空发动机双转子动力学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,当发动机两个激振力频率相近时,会产生拍振引起振动波动,仿真结果与试验结果相吻合。结合发动机结构和其工作特点,分析了发动机形成低压倍频-高压基频耦合拍振的条件,给出了拍振排除方法,并通过试验验证了方法的正确性。工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系,将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。

基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

基于冗余执行器的航空发动机推力快速响应控制方法研究

面向飞/推一体化控制需求,开展涡扇发动机推力快速响应控制研究,提出了适用于推力最小相位系统的冗余控制方案。研究内容包括:(1)借鉴阀位控制思想,提出在传统燃油流量(Wf)回路基础上增设尾喷口喉道面积(A8)回路,通过挖掘冗余执行器变化速率潜力,提高推力响应速度,降低了对于燃油泵快速作动的需求,同时该方法可以使喷口在推力响应过程逐渐回中,系统具备持续的推力快速调节能力;(2)分析了A8调节推力的物理机理,指出容腔压力动力学主导的部件间流量匹配过程使得A8对推力具有直馈作用,是提高推力响应速度的有效途径。基于发动机部件级模型的评估结果表明,本文提出的方法在执行机构存在速率限制的情况下,实现了推力10 rad/s闭环带宽和A8回中的设计目标,方法可行、有效。在推力响应过程中,A8直馈作用对推力变化的贡献度最高时超过50%。随着对于推力控制模式和推力响应速度的日趋关注,应对容腔内的压力动态过程给予充分的重视。

径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响研究

为了研究径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响规律,根据高速轴承内部流动特征建立了数值计算方法,针对包含输油通道、径向油孔和轴承组件的物理仿真模型开展了油气两相流动计算,对比并讨论了不同径向油孔结构下轴承内部的油气分布和黏性摩擦损失。数值模拟结果表明,径向油孔孔径增大后轴承内部的平均滑油体积分数单调增加且滑油分布更均匀。径向油孔布设在周向油槽的同侧有利于提升轴承内部的平均滑油体积分数,同时滑油沿周向分布的均匀性较好。轴承组件表面扩展参数受径向油孔结构的影响,其变化趋势与平均滑油体积分数的变化相似。全部采用经验公式预测得到的黏性摩擦损失整体偏高,且不能反映径向油孔结构参数的影响,数值模拟和经验公式相结合计算得到的黏性摩擦损失与直接采用数值模拟获得的结果表现出较好的一致性。

无参数自适应罚函数的高效代理模型优化设计方法

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

含端壁涡轮导叶红外测温的误差影响机理研究

由于涡轮叶片所处的工作环境复杂,受到壁面及燃气辐射干扰,导致测温十分困难。为进一步分析涡轮叶片表面在端壁影响下的温度分布情况,采用数值模拟结合自定义编程的方式进行了含端壁涡轮导叶的温度误差验证计算。利用自定义编程对经典同心球模型进行了角系数,有效辐射等可靠性验证计算,验证方法可靠。基于该方法进行了端壁与涡轮导叶各网格单元的角系数,叶片表面间的辐射换热计算,输出涡轮导叶的表面辐射特性分布,运用玻耳兹曼定律反推导出该工况涡轮导叶所受到的辐射能流分布情况;计算分析了不同误差影响机理下,含端壁的涡轮导叶温度误差分布情况,探明了热辐射环境下对叶片表面辐射特性的影响。结果表明:当进口黑体辐射温度在1 400~1 800 K之间,进口辐射强度是对叶片换热影响最大的因素;利用有效辐射和所计算的误差分布可知,进口辐射温度影响区域主要是叶片前缘区域,最大计算误差不超过2.82%;通过有效辐射及误差分布可见,出口黑体辐射温度的变化对于涡轮导叶的影响较小,受温度影响区域也主要为叶片前缘区域,最大计算误差不超过2.35%;叶片表面发射率与温度成正相关,当叶片表面发射率增大时,叶片表面温度随之均匀升高,在真实工况下,叶片材料物性的改变较小,在发动机设计中可以近似忽略由于叶片温度变化导致物性参数改变带来的影响。

压力敏感涂料测量技术在掠型叶栅表面测压中的应用

为了获得某掠型叶片吸力面压力分布,对一稠度为1.53,掠角为10.7°的掠叶栅进行了光路布局以及压力敏感涂料(PSP)压力测量,利用图像处理和三维重构算法得到了可读性高、便于数据提取的三维叶片吸力面压力分布,并和测压孔测量结果进行了对比。结果表明:利用自主发展的光路布局方法,有效解决了叶片表面光照辐照度不均匀、拍摄视角受限的问题;得到了高信噪比的原始压敏图像以及宽范围多工况的掠叶栅吸力面全域压力分布。与测压孔测量相比,PSP测量误差在5%以内,并且PSP测量结果还捕捉到了峰值等熵马赫数位置沿弦向的迁移以及叶片尾缘的气流分离现象。对不同攻角和来流马赫数下的掠型叶片吸力面压力分布进行分析:掠型叶片在零攻角和正攻角下存在明显的径向压力梯度,促使后掠型叶片气流向前掠迁移,增加了前掠下流低能流体的能量,使得前掠更有利于延迟角区分离,后掠则更容易发生角区分离;掠型叶片在低来流马赫数下展向压力对称性良好,掠设计的影响不显著,高来流马赫数则放大了前后掠对角区分离控制效果的不同。相比传统测压孔有限的压力分辨率,PSP测量可为掠型叶片设计和流动机理分析提供丰富可靠的压力实验数据。

单相发汗冷却对脉冲爆震燃烧传播的影响

作为一种先进推进系统,脉冲爆震发动机热端部件的热载荷随着工作频率和飞行马赫数的提高而大幅增加。发汗冷却具有很高的冷却效率和更低的冷却剂消耗,使其成为脉冲爆震发动机燃烧室壁面冷却的理想方案。开展发汗冷却与爆震燃烧耦合研究,是爆震发动机发汗冷却设计的理论基础。为了探索发汗冷却的固体和流体结构对爆震燃烧的影响规律,本文采用实验方法,研究了不同多孔介质结构和单相发汗冷却对充分发展爆震燃烧传播过程的影响。结果表明,爆震波在多孔介质壁面上传播时发生减速,但不会引起爆震波解耦。单相发汗冷却引发爆震燃烧失效的主要原因是冷却剂的稀释作用使得局部当量比低于燃料的可爆极限。当冷却剂注入率超过12.5%时,爆震燃烧解耦。

平均载荷系数0.5一级的双模式压气机设计研究与验证

为全面提升压气机的研制能力,本文对平均载荷系数0.5一级的带单双外涵两种模式(双模式)核心驱动风扇的四级压气机开展了设计技术研究与验证。针对其平均级载荷系数高、两个模式性能变化大等特点,开展了双模式高负荷压气机设计、低损失大流量范围导叶设计以及低损失大攻角范围可调静子设计等技术研究工作,并在此基础上完成双模式核心驱动风扇与四级压气机的设计,开展0.8~1.0相对转速的三维特性分析,全面研究单双外涵两种模式下各级的匹配情况。试验结果表明:单双外涵两种模式下,压气机流量、压比、效率达到设计指标。单外涵模式1.0相对转速,最高效率0.874,双外涵模式0.924相对转速,最高效率0.87,两种模式下压气机流量调节范围达到31.4%。各级匹配良好,突破了双模式核心驱动风扇与压气机一体化匹配设计和平均载荷系数0.5一级的高负荷压缩部件设计等关键技术,为下一代发动机的核心压缩部件设计奠定了基础。

基于Kriging的多阶段加点策略及离心叶轮汽蚀优化

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加点策略的有效性。进而,以某型燃油离心泵为例,完成所提出加点策略在其汽蚀特性的优化应用。测试函数算例结果表明:多阶段主动学习加点策略达到相同精度所需时间稍长于单MSE策略,优于单EI策略与单CV策略;但相比单MSE策略,全局最优解局部精度更高。离心泵汽蚀特性优化结果表明:优化泵进口处压力损失降低且进口处回流、旋涡等局部流动减弱,蜗壳内压力梯度增大且其出口处旋涡流动减弱;优化泵的汽蚀系数提高30.83%,汽蚀余量下降9.14%,汽蚀比转数下降7.17%,泵内气体含量下降17.27%,所提出的方法有效地提高了离心泵的抗汽蚀性能。