某型航空发动机转速调节器建模仿真与优化

为解决某型航空发动机大慢车状态下转速下调的故障问题,以其转速调节器为研究对象,根据其机械机构和工作原理在AMESim平台上构建模型。利用试验结果和转速反馈调节特性由仿真验证了模型的准确性;分析了引起该故障的机制,通过仿真确定了影响因素主要为油门杆角度、发动机进口温度、离心飞重结构参数变化、调节器内弹簧刚度系数衰减,并结合实际工况对上述前3种故障进行排除,最终通过为调节器内弹簧添加预紧力补偿、采用新型材料替代等优化方案解决该故障问题。     

基于PLC控制的全流量补偿系统在大型立式车床中的应用

结合机床的具体参数,阐述了全流量补偿数学模型的简化过程。通过位移传感器测量因负载、温度变化导致的油膜厚度差异,应用PLC控制技术调整变频器频率,修正伺服电机的转速,对大型立式车床静压导轨的油膜厚度进行精确补偿,提高其定位精度。     

柴油机电控柱塞泵的多物理场耦合分析

为精确预测在高压环境下柱塞腔内多物理场耦合作用对燃油喷射系统供油过程的影响,基于柱塞腔、柱塞副泄漏、燃油物理特性等模型建立热-流-固多物理场耦合模型。通过解耦计算和试验方法验证该模型具有较高的精度。数值分析结果表明：柱塞直径越大,残余容积越小,柱塞腔内燃油压力升高率越大;增大柱塞副初始密封长度、减小初始柱塞副间隙或者增加凸轮转速时,由于柱塞副泄漏量较少,对供油过程压力特性的影响较小;燃油初始温度越低,燃油的体积弹性模量和密度越大,导致柱塞腔内燃油压力升高率较快。     

基于AMESim的单缸轴向约束活塞液压发动机流量脉动研究

单缸轴向约束活塞液压发动机作为一种新型的双元动力源,通过活塞销与柱塞的直接连接和保留传统发动机的曲柄连杆机构,使其可以同时输出液压能和旋转机械能,而且在机-液能量转化上,缩短动力传递链,减小能量损失,但是单缸发动机工作存在不稳定性,容易引起输出高压油的流量脉动较大。通过AMESim仿真软件搭建单缸轴向约束活塞液压发动机机-液工作仿真模型,对机-液动力传递链中的柱塞运动特性、泵腔流量特性、输出液压油脉动特性进行研究,仿真结果表明：柱塞运动以及泵腔的流量特性满足液压发动机设计要求,通过蓄能器的合理选用使输出液压油流量脉动得到较大改善。     

某微型涡喷斜流压气机设计及性能分析

斜流压气机具有单级高压比、大流量和高效率的优点.基于此设计一台用于微型涡喷发动机的转速为40000 r/min、压比为3.5、设计流量为3.2 kg/s的单级斜流压气机.为研究该压气机的流动机制与稳定工作范围,分别分析90％、100％和110％转速下的工况,着重分析了100％转速下的近失速点、近堵塞点以及非设计转速下最高效率点的流场.结果表明:设计点仿真压比为3.662、流量为3.324 kg/s、等熵效率为87.61％,与设计指标相符合,说明该斜流压气机的设计可靠;导致压气机失稳的主要因素是叶片压力面、吸力面的激波损失,以及吸力面尾缘处的低能流体.     

基于粒子滤波的涡扇发动机健康诊断

采用粒子滤波算法,设计了一种无需涡扇发动机线性化模型的故障诊断方法。通过含有高斯白噪声的转速测量信号准确估计出相应转速值,构造残差,并设定合适的阈值,实现了故障诊断。压气机健康诊断仿真结果表明：高压压气机（HPC）效率突变30%会导致残差信号1 000倍以上的变化,可以明显检测到故障的发生及发生时刻;当HPC效率突变量为2%,残差信号将变成正常时的6倍,残差信号还可以反映退化程度。因此基于非线性粒子滤波的发动机健康诊断方法可较好地辨识发动机性能退化、故障及失效。     

一种新型的数字式流量控制阀的设计

为了满足液压系统对流量控制的高精度要求,设计一种具有压力和温度电反馈补偿的流量控制阀。该阀可采用手动和数字信号两种控制方式,利用超磁致伸缩驱动器对流量阀进行压力和温度补偿,能够消除由于压力和温度的变化引起的输出流量的波动,从而提高控制精度。通过结构和原理分析,认为该方案能够弥补现有流量阀压力和温度补偿方法存在的精度低和压力损失大等缺点,在技术上是可行的。     

基于AMESim的轴向柱塞泵流量脉动特性仿真研究

流量脉动特性是轴向柱塞泵的固有特性,是影响轴向柱塞泵工作性能和液压系统稳定性的重要因素。为减小轴向柱塞泵的流量脉动,理论分析了其运动特性和流量脉动特性;基于AMESim软件建立了仿真模型,得到了不同柱塞数目、转速和斜盘倾角情况下的流量脉动曲线。研究结果表明:轴向柱塞泵的流量脉动随柱塞数目增加、转速提高和斜盘倾角的增大而减小,研究结果为减小轴向柱塞泵的流量脉动提供了参考依据。     

泵控液压系统中马达转速稳定控制及仿真分析

泵控液压马达系统中,由于外负载突变会导致发动机转速变化,进而引起变量泵转速改变,最终造成液压马达转速波动量过大及调整时间过长。针对变量泵-定量马达闭式液压系统,构建数学模型,得到传递函数框图,分析负载变化导致马达转速波动的原因。提出一种前馈补偿控制方法,通过实时改变变量泵的斜盘摆角来补偿变量泵转速扰动而引起的流量变化。推导补偿函数,并分别对阶跃100%负载、阶跃20%负载工况及斜坡100%负载、斜坡20%负载工况进行仿真。结果表明：增加前馈补偿控制后,马达转速波动量最大减少了3.87%,调整时间最多缩短了1.77 s。     

航空发动机用燃油计量系统新型活门设计及研究

燃油调节器是维系航空发动机正常运转的重要组成部分。针对发动机对燃油调节器提出的更高响应时间要求，根据燃油调节器的结构和原理明确主调节活门是影响燃油调节器响应时间的关键零部件。由主调节活门的液压回路控制原理设计新型主调节活门。最后，分别对新型主调节活门和传统型主调节活门开展理论计算验证和仿真验证。仿真结果表明：当占空比τ=0%、τ=100%时，所设计的新型主调节活门的响应时间分别为0.613 s和0.843 s,相较于传统主调节活门，其响应效率分别提升了29.5%(占空比τ=0%)和9.06%(占空比τ=100%),满足了发动机对燃油计量系统提出的快速响应要求。     

燃油计量活门单双腔控制优化设计方法

航空发动机燃油计量装置控制方式目前仍是以计量活门为主的间接式控制。为进一步研究不同间接控制方式对燃油计量装置稳定性和动态特性的影响,以电液伺服阀结合单（双）腔制方案为例进行研究。根据航空发动机燃油计量装置的物理结构及其工作原理,在AMESim仿真平台中建立单（双）腔间接控制方式的计量活门位置开环模型;通过分析单（双）腔控制结构模型的物理机制,建立由电液伺服阀输入电流至计量活门阀芯位移的开环传递函数;为验证理论模型的准确性,从时域和频域2个方面对理论模型与非线性模型进行对比验证;选取单（双）腔控制方案中的重要结构参数控制腔面积比和弹簧刚度系数,分析结构参数对计量装置稳定性和动态特性的影响。结果表明：理论推导的线性模型满足实际对模型线性化的要求,具有高可靠性;单（双）腔控制方案从稳定性上均能满足工程需求,单腔控制适合计量活门非对称设计方案,双腔控制适合计量活门在高面积比的非对称设计方案或对称设计方案。     

Numerical Simulation of the Liquid-Gas Interface Shape in the Shot Sleeve of Cold Chamber Die Casting Machine

A mathematical model has been developed to simulate the flow pattern of molten metal and to predict the liquid-gas interface shape in the shot sleeve of a cold chamber die casting machine during the injection stage. The flow pattern in the shot sleeve is known to be closely related to the extent of gas entrapment of molten metal in the sleeve during the injection operation. In this study, a Variable Spacing Even Mesh (VSEM) method is proposed to incorporate with a computational fluid dynamics technique, named SOLA-MAC, to simulate the flow pattern in the shot sleeve. SOLA-MAC can deal with free surface flow problems while the VSEM method is used to handle the problem where the space in the shot sleeve keeps decreasing as the plunger moves to push the molten metal. The model is then tested on the shot sleeve of a cold chamber die casting machine. Four plunger speeds are tested to demonstrate the effects on the flow pattern of molten metal in the shot sleeve. The critical speed found in this study is 38 cm/s and it is close to the reported critical speed under the conditions that the space between the plunger and the sleeve end is 5 cm in diameter and 30 cm in length, and the fill ratio is 50%. As the plunger speed is slower than the critical speed, the wave front propagates along the sleeve faster than the plunger and reflects against the end wall of the sleeve. The remaining air in the shot sleeve is entrained as the wave front enters to the gate. As the plunger speed is higher than the suggested critical speed, the melt is immediately pushed higher in front of the plunger and forms a surge. The surge traps air in the early stage of the injection process.     

某型航空发动机主燃油控制系统频率特性研究

为研究某型航空发动机数控系统主燃油控制系统频率特性,基于力平衡方程和流量连续方程建立元件和系统的动态数学模型。在其稳态工作点附近采用小偏离线性化建立等压差模块、主燃油计量模块、停车控制模块和整个系统的传递函数,并通过Fluent流场仿真重点研究了关键元件的稳态液动力及影响因素。在此基础上建立了主燃油控制系统的Simulink仿真模型,研究了控制系统的频率特性和关键活门固有频率。结果表明：主燃油控制系统的频率特性与实际工程经验一致,稳定裕度较高;系统的固有频率与系统中固有频率最低的元件基本一致;当元件结构确定时,稳态液动力对固有频率的影响较大。研究结果为燃油控制系统频率域优化设计提供了理论支持。     

基于燃油经济性的采棉机变速箱速比匹配控制策略

为提高装有自主设计的液压机械无级变速箱的采棉机的燃油经济性,使采棉机发动机在采摘和运输时的两种典型工作情况下均工作在最佳燃油经济性转速调节特性曲线,提出一种基于燃油经济性的发动机-变速箱速比匹配控制策略,速比匹配控制模块用于采集发动机油门踏板开度信号,并计算此发动机油门踏板开度下的发动机最佳燃油经济性转速,然后向变量泵排量比控制模块和换段控制模块发出控制信号,对采棉机液压机械无级变速箱速比进行调节,使发动机转速在调速特性作用下稳定于目标燃油经济性转速。仿真结果表明：在此控制策略下,采棉机发动机实际转速在给定的负载转矩以及发动机油门踏板开度下能够稳定在目标燃油经济性转速附近,为实现装有自主设计的液压机械无级变速箱的采棉机的燃油经济性控制提供理论依据。     

压室液态金属流动耦合温度场三维数值模拟

压铸过程中,压室内液态金属卷入的气体是影响铸件质量的原因之一.针对压室压射过程,引入冲头的移动规律以及流动过程中热量传递的计算,实现并开发了压室压射过程的流场耦合温度场的数值模拟程序.采用所开发的模拟程序对压室金属流动及传热过程进行了模拟,模拟结果与FLOW-3D的计算结果以及临界速度理论作比较,两者均吻合.采用压室模拟能够优化冲头的运动规律,使卷气最小.     

Hot chamber diecasting with Si3N4 ceramic injection system: application to aluminium alloy components

Abstract

Although hot chamber diecasting is an appropriate technology for producing high quality cast components, there are material limitations; at the process temperature, aluminium alloy erodes the immersed steel shot sleeve and plunger. Attempts have been made to employ a Si₃N₄ ceramic in place of steel. High quality Al hot chamber diecast components can be manufactured in this manner, but long production runs are not possible because failures occur in the ceramic sleeve even after, for example, a few thousand shots. The fracture in the ceramic sleeve is caused by high stresses arising from the plunger galling the sleeve surface owing to penetration of the Al alloy into the gap between the sleeve and plunger. The infiltrated Al alloy has been found to react chemically with the ceramics; silicon in the ceramic reacts with iron particles present as inclusions in the Al alloy. Hence, the purity of the molten Al alloy in the crucible is a significant factor in the production of high quality diecast components. To prevent penetration of the Al alloy, the injection system is cleaned periodically using hydrochloric acid, which dissolves the infiltrated Al alloy. Since etching by HCl can reduce the strength of the ceramic parts, this cleaning process must also be reconsidered. Recommendations to improve the quality of hot chamber diecast Al components are proposed.     

基于数值模拟的压铸过程低速工艺优化

低速压射过程中冲头的运动分为封闭浇料口、匀加速和匀速低速三个阶段,各个阶段的工艺参数对压室内金属液的流动形态都有重要作用,进而影响铸件中气孔缺陷的产生。采用数值模拟技术来研究不同工艺参数下压室内金属液的流动形态,对低速工艺进行优化。针对压射过程冲头的运动特征,引入了移动速度、压力边界条件,开发了压室压射过程三维数值模拟程序。结合慢压射临界速度理论,模拟了不同料口封闭速度、加速度和慢压射速度下压室内金属液波形的发展。模拟结果表明采用优化的工艺参数可以降低压室内的卷气。     

鱼雷热动力推进系统的闭环控制研究

对鱼雷热动力推进系统实施闭环控制是提高武器效能的需要。本文提出了可能应用于开式循环活塞发动机系统的四种闭环控制方案，即比例压强阀、比例流量阀、比例节流阀和变量燃料泵方案，从系统物理特性、可实现性、系统效率以及运行安全特性等角度出发，对其进行了分析对比，认为变量燃料泵方案是最适合于鱼雷热动力推进系统实施的闭环控制方案。     

发动机零件的摩擦磨损机理和表面改性技术

有关研究表明,影响燃料消耗的两个主要因素是车身的自重和摩擦损失。在一个典型的发动机系统中,摩擦引起的损失超过总功率的40％。本文介绍了发动机零件摩擦磨损机理和表面改性技术的研究工作,以及普通的和新开发的润滑技术,和发动机摩擦学的研究方法。进而探讨了为减少摩擦损失,在发动机零件上采用表面改性技术的发展趋势。