采用样条曲面非轴对称端壁成型的高压涡轮动叶气动优化

为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以效率为优化目标,以流量为约束条件,在级环境和发动机工况下开展了非轴对称端壁优化设计。结果表明：优化设计后的涡轮动叶相对于参考设计,涡轮级的总总效率提升0.26%;非轴对称端壁造型改变了动叶下端壁附近的压力分布,动叶吸力面侧压力系数相对于参考设计显著提升,这降低了动叶叶片通道内的横向压力梯度,抑制了通道中的二次流动;非轴对称端壁造型改变了叶片通道中的涡系结构,相对于参考设计,非轴对称端壁造型使得马蹄涡压力面分支在叶片通道内部沿着叶片压力面迁移,在靠近通道出口的位置才汇入通道涡,这削弱了通道涡的强度,进而降低了气动损失,提高了涡轮级效率。     

PSO VMD结合Teager包络谱的滚动轴承故障诊断方法

为了解决VMD方法在处理非平稳信号时,人为确定输入参数会影响模态分解精度的问题,提出一种基于PSO算法优化VMD输入参数的PSO VMD方法,用于滚动轴承故障信号的模态分解,并使用Teager能量算子(TEO)对模态分解结果进一步计算,得到各模态分量的Teager包络谱.通过滚动轴承内环单点故障、外环单点故障和滚子单点故障实测振动故障信号的模态分解与故障诊断,验证PSO VMD方法的有效性和实用性.     

不同表面改性对超强耐热航空齿轮钢弯曲疲劳性能影响

以超强耐热航空齿轮钢12Co14Ni6Cr5Mo4VNb圆柱齿轮为研究对象,采用高频脉冲法开展了不同表面改性齿轮弯曲疲劳性能试验研究,通过试验数据处理及轮齿失效机理分析,揭示了不同表面改性对超强耐热航空齿轮钢齿轮承载性能影响规律.研究结果表明：普通喷丸对超强耐热航空齿轮钢齿轮表面无明显强化效果,超强喷丸能够显著提高超强耐热航空齿轮钢齿轮表面残余压应力,相对于普通喷丸齿轮,超强喷丸齿轮弯曲疲劳极限提高了36.04%;超强耐热航空齿轮钢齿轮对齿面粗糙度敏感性较强,粗糙度Ra≤0.2的齿轮较粗糙度0.3≤Ra≤0.4的齿轮弯曲疲劳极限提高了16.58%;弯曲疲劳试验齿轮渗碳层近表面组织为高碳马氏体和细小弥散的颗粒状碳化物,并随渗层深度增加逐渐向超低碳板条马氏体过渡;试验齿轮失效模式均为轮齿疲劳断裂,断口上可见清晰疲劳条带,超强喷丸齿轮疲劳裂纹全部萌生于齿根圆角亚表面,普通喷丸齿轮疲劳裂纹大部分在齿根圆角表面萌生.     

航空锥齿轮加载齿面接触分析的半解析计算方法

基于商业软件的传统模拟加载齿面接触分析(SLTCA)求解精度高,但耗时较长,为此,提出一种兼顾精度与效率的用于加载齿面接触分析(LTCA)的半解析计算方法。以基于齿面模型的齿轮有限元模型为对象,对加载接触点精确的局部边界条件进行求解。考虑计算的精度和效率,使用局部Rayleigh-Ritz方法对啮合刚度进行半解析计算。考虑到时变啮合特性的影响,采用线性规划方法对LTCA进行半解析求解。最后,以航空航天领域中应用的非正交弧齿锥齿轮为例,对所提出方法的准确性和可靠性进行验证。研究结果表明：由所提出的方法得到的齿面接触压力与由SLTCA得到的齿面接触压力相对误差均在3%以内,具有较高的求解精度,这可为具有高精度和高性能要求的弧齿锥齿轮制造提供有效参考。     

基于FrFT滤波和LMS降噪的变转速滚动轴承故障诊断

变速工况下的机械故障诊断逐渐成为旋转机械监控领域的一个热门课题,在变转速下故障更容易发生且伴随更大的噪声,而相应的降噪问题目前却没有可靠的解决方法。因此提出一种基于分数阶傅里叶变换（FrFT）滤波和最小均方算法（LMS）降噪的故障诊断方法,对变转速工况下轴承振动信号进行降噪,进而提取非平稳故障特征。首先,同时获得滚动轴承振动加速度信号和转速信号;然后对Hilbert解调后的振动信号进行峰值搜索FrFT,按照搜索得到的最佳阶次和分数阶域聚集位置进行FrFT滤波;再将FrFT滤波得到的信号作为参考信号,原包络信号作为输入信号,进行LMS自适应降噪;最后对降噪后的信号按照转速重采样进行阶次分析,将包络阶次谱中的突出特征与故障特征阶次对比,判断故障。该方法可成功应用于变转速工况下滚动轴承的试验数据处理,证明了方法的有效性。     

SiC/SiC复合材料疲劳与蠕变性能研究进展

随着航空航天领域对长时抗氧化及可重复使用高温材料提出日益迫切的需求,SiC/SiC复合材料正成为当前的研究热点。总结了近年来SiC/SiC复合材料疲劳及蠕变性能方面的研究进展,综合分析了温度、载荷、频率及燃气环境对疲劳性能的影响,以及纤维类型、温度与载荷、频率和基体类型等对蠕变性能的影响。     

航空发动机燃烧室两相湍流燃烧建模与仿真

航空发动机燃烧室具有内部结构复杂、燃烧组织多样、物理化学过程多变的特点。数值仿真技术的工程应用可有效缩短燃烧室的研制周期,减少试验数量和设计风险,备受研究人员重视。该文依据航空发动机燃烧室工程应用仿真需求,通过分析燃烧室典型仿真的特点和难点设计了一套数据结构合理、流程架构可拓展性高的软件框架,针对性开发集成了10类具备高精度优势的雾化、蒸发和湍流燃烧模型,研制出一套具有完全自主知识产权、可高效运行于现代主流高性能计算机之上的并行自适应非结构网格的燃烧室两相湍流燃烧数值仿真软件。典型工程全环主燃烧室和加力燃烧室上亿网格规模算例和工况的测试结果表明：燃烧数值仿真软件的两相湍流燃烧耦合仿真功能、精度和并行效率基本满足航空发动机燃烧室工程实用要求。     

输入转速波动下斜撑离合器的动态接合特性

采用有限元方法建立PCE型斜撑离合器动力学模型,分析楔块与内外环Mises接触应力、内外环转速跟随性和扭矩传递等特性,得到输入转速随机波动对PCE型斜撑离合器动态接合特性的影响规律。研究结果表明：斜撑离合器楔块的接触应力约为内外环接触应力的1.6倍,输入转速波动8%导致的接触应力波动最大,其标准差达到5%转速波动时的1.5倍;输出转速的跟随误差率大于输入转速波动率;输入转速波动导致的离合器传递扭矩平均波动率为转速波动的5.5倍左右,8%和10%转速波动导致的扭矩波动达到近50%,极大地影响了扭矩传递的稳定性,故输入转速波动应控制在5%以内。     

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。     

固溶热处理对一种第三代镍基单晶高温合金组织及高温持久性能的影响

研究了固溶热处理对一种Re含量为6.5%(质量分数)的第三代单晶高温合金组织及持久性能的影响,实验结果表明:合金铸态下存在明显的凝固偏析,枝晶间区域存在大量的(γ+γ′)共晶组织。固溶过程中,共晶组织在1 335℃以上开始快速溶解,但难熔元素,尤其是Re元素的偏析需要在1 360℃以上才能有明显改善;经过1 365℃固溶后疏松含量增加至0.21%(体积分数),接近铸态下疏松含量的5.2倍。铸态及经1 360℃和1 365℃固溶热处理后合金的持久性能测试结果显示:固溶热处理显著改善了合金的持久性能,且固溶温度越高,持久性能越高。在高温持久加载过程中,铸态合金的裂纹主要沿枝晶间分布,在(γ+γ′)共晶组织处萌生;当固溶温度较低时,且枝晶干处析出了较多的TCP(topologically close-packed)相,未能充分降低Re元素的偏析可能是导致枝晶干处TCP相大量析出的主要原因;当固溶温度较高时,TCP相析出量较少。