惯性摩擦焊在商用航空发动机中的应用与研究现状

惯性摩擦焊作为一种典型固相焊接工艺,因其优异的焊接工艺性能,已广泛应用于国外先进航空发动机的风扇、压气机及涡轮等核心转动部件的焊接制造,代替了原始的螺栓连接结构,有效降低了制造成本,并减轻了发动机质量,提高了推重比。目前,国内外学者针对航空发动机用钛合金、高温合金及粉末高温合金的惯性摩擦焊接工艺和数值模拟等技术进行了一系列研究,通过分析总结国内外研究和应用现状,指出国内外在惯性摩擦焊技术方面的差距,以推动国内加快惯性摩擦焊接技术的研究工作,提升惯性摩擦焊接技术研究水平,支撑先进航空发动机的研制。     

作动筒跟踪误差分析及减小误差方法的研究

基于对发动机可调静子叶片作动筒跟踪误差的要求,对影响跟踪误差的因素进行了分析,并从影响因素中寻找减小误差的方法。从可调静子叶片作动筒液压控制系统的给定误差和反馈误差分析了影响误差精度的程度;基于可调静子叶片作动筒的原理进行分析,建立了电液位置伺服系统的动态模型,并从动态模型中分析出VSV作动筒所受的负载力为影响跟踪误差的主要因素,提出通过力传感器的数值及其变化速度来补偿位移的方法;通过半物理试验表明所分析的跟踪误差来源的正确性,通过仿真试验验证了位移补偿方法的有效性。     

航空发动机旋转盘腔测试温度补偿和压力修正方法研究

为了提高旋转盘腔温度和压力测试的准确性，开展温度补偿和压力修正方法研究。针对旋转盘腔温度测试时，滑环引电器普通导线无法产生电势差导致测温误差较大的问题，提出了温度补偿方法，将温差转换为电势差补偿到输出电势中，之后根据热电偶电势与温度的关系计算得到测量端真实温度；针对旋转盘腔旋转状态下，引压管中的空气柱产生管涌效应导致低半径处的传感器产生测量误差的问题，提出了压力修正方法，将管内空气柱进行分段，每段视作均温气体，推导得到压力修正公式。开展试验对所提出的温度补偿和压力修正方法的应用效果进行验证，结果表明：对热电偶测温结果进行补偿后，误差低于1%；对压力测量结果进行修正后，相对偏差不超过0.8%，且转速越高，压力修正效果越明显。修正后的温度和压力精度满足航空发动机旋转盘腔实际测量需求，证明了所提出方法的准确性，为航空发动机转子的寿命评估提供了重要技术支撑。     

基于改进Faster R-CNN的航空发动机制件表面缺陷检测算法北大核心

针对现有航空发动机制件缺陷检测所存在的检测准确率低、速度慢等问题,提出一种基于改进Faster R-CNN算法的缺陷检测方法。该算法使用深度残差网络提取缺陷特征,采用含有内容感知重组的特征金字塔模型融合各层次特征图,并根据检测框尺度选取相应层次的特征图进行检测和识别,在RCNN部分使用分层采样实现挖掘难例,增强模型对难例样本的学习。实验结果表明:所提算法具有较高的检测准确率,而且能够有效提升检测速度。     

MEMS高温温度传感器的研制与测量精度研究

航空发动机智能化及其他机械系统的智能化需要原位集成制造的传感器,为此研制了发动机涡轮叶片原位集成高温传感器.该高温传感器采用MEMS微制造工艺将厚度在微米量级的微小传感器原位集成在航空发动机涡轮叶片表面,利用微技术制造的传感器和标准的热电偶进行了一系列的高温测量试验和一系列细致的高温温度表征测量研究.该微制造工艺攻克了两项技术难关:曲表面的光刻技术和高温绝缘层的制作技术.涡轮叶片表面原位集成的微传感器不仅可以原位测量高达800℃的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40 g的振动和100 g的冲力.研究还表明,在高温测量环境下,高温测量精度和高温环境下的温度场(高温温度的空间分布与升温时间迟豫)密切相关.由于高温环境温度场的差异,可以产生高达10%的测量本征误差.     

航空发动机轮盘参数化结构优化

为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,对发动机转子轮盘进行参数化结构优化设计.研究辐板不同高度处厚度与轮盘径向破裂裕度的关系,以简化轮盘辐板优化方法.以周向破裂转速裕度为约束条件,体积最小为优化目标函数,利用Isight软件和有限元数值模拟方法研究轮盘盘心优化方法,并通过算例计算验证其正确性.结果表明：在满足约束条件的基础上,轮盘体积减小8.66%,最大等效应力减少10.4%.该方法可为航空发动机轮盘轻量化开发提供参考.     

基于融合EKF的航空发动机气路性能健康预测

针对集中式滤波算法存在计算效率不高、容错性差,引入融合滤波的思想,提出采用非线性融合的联邦式扩展卡尔曼滤波器进行发动机气路健康性能预测.子滤波器根据量测参数完成发动机部分健康性能的局部估计,主滤波根据子滤波器估计参数完成融合滤波估计,并将状态估计值和协方差反馈至子滤波器用于下一步健康预测.通过某型涡扇发动机仿真表明:融合EKF滤波器能准确地预测发动机的健康状态,估计稳定收敛时间短、计算时间短、效率高.     

基于处理器仿真的发动机控制软件平台

为提升商用航空发动机控制软件的效率、节省验证成本,数字仿真技术被广泛采用,在仿真平台保证功能逻辑正确的前提下,再进行电子控制器硬件（EEC）的集成。商用航空发动机控制软件在满足发动机的功能和性能要求,还需要满足适航安全的目标,由于仿真平台与真实硬件平台的差异,在仿真平台获得的验证结果往往不被适航所采纳,因此提高仿真度,使得仿真平台能作为控制软件开发平台被适航所认可,是进一步节省成本的有效方法;基于通用仿真运行平台SIMICS,通过采用模拟硬件处理器的寄存器、指令集以及存储器、外设等,使得在目标平台上运行的代码可以直接运行在仿真平台,在仿真平台达到目标码级别的验证;通过软件时间行为的分析与模拟,使得系统和硬件的仿真程度进一步提高,更接近真实硬件,在仿真平台所获取的验证数据,更容易被适航所采纳。