基于MRR-KELM算法的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统的设计,提出了一种基于多输出迭代约简核极限学习机(MRR-KELM)的非线性模型预测控制(NMPC)方法。基于直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速以及涡轮级间温度等传感器数据,利用MRR-KELM算法,训练具有较好实时性、精度以及泛化能力的发动机预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差对控制器指令进行反馈校正,利用序列二次规化(SQP)算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合仿真平台环境下,通过直升机机动飞行仿真,验证了该模型预测控制器相比于传统的串级PI控制具有更好的控制性能,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

涡轮盘应力场及破裂转速的有限元分析

涡轮盘是航空发动机关键件,其工作载荷复杂。对涡轮盘进行应力分析及破裂转速计算是轮盘设计的重要内容。运用参数化有限元设计语言（APDL）的知识和编程方法对某型高压涡轮盘参数化建模,并对其进行应力分析,求解涡轮盘的轴对称应力场。通过积分得到轮盘子午面的周向平均应力,进而得到试验环境下涡轮盘破裂转速,并进行了强度校核。理论解和数值解吻合良好,验证了APDL编程方法及ANSYS软件使用的正确性。     

基于一阶响应面法的铺层参数对叶片性能的耦合影响分析

风力机叶片性能随铺层参数的不同而不同.本文依据一阶响应曲面设计原理,设计了铺层参数不同水平的方案.以整体结构性能最优为目标,铺层参数为自变量,叶片强度、刚度为响应变量,采用Minitab中的田口设计法进行试验设计,模拟了叶片的静态结构性能;经多元线性回归构建了铺层参数与Tsai-wu失效因子、最大位移之间的一阶数学模型,进行了显著性检验;分析了铺层参数对叶片性能的影响,验证了方法的可行性和有效性.     

流体粘度对涡轮流量计性能影响的理论预测

流体粘度是影响涡轮流量计性能的主要因素之一。本文运用粘性流体力学原理对现有涡轮流量计理论模型进行了改进。根据新模型计算的流量计特性曲线与变粘度实验结果更为吻合,从而为解决工业生产中涡轮流量计测量结果的粘度修正问题提供了实用的方法。利用本文的研究结果还可预测仪表几何参数和来流速度分布等因素对涡轮流量计性能的影响,作为改进仪表设计的理论依据。     

非设计攻角对涡轮叶片叶型损失的影响特点分析

为了得到非设计攻角下涡轮叶片的叶型损失规律,采用数值模拟的方法对某高负荷低压涡轮前加载叶型在5种不同攻角下的流动进行了详细的分析,得到了5种攻角下叶片表面的各种流动参数。结果表明:在设计攻角下,叶片的性能表现最佳,此时叶栅中的气流流动均匀,速度梯度、压力梯度分布符合一定规律,并未发生明显的附面层分离现象;在负攻角下,吸力面的流动情况保持良好而压力面的损失较为明显,且随着负攻角的增大损失系数也逐渐增大,但负攻角下损失系数的增幅整体上并不大,当负攻角增加到-20°时其损失系数只有0.048;在正攻角下,压力面的流动情况保持良好而吸力面的损失较为明显,且这种损失比负攻角下压力面的损失要大得多;当正攻角为10°时其损失系数已达到0.141,远远超过-20°攻角下的损失系数。因此,在进行叶型设计的时候一定要留有合适的正攻角裕度。     

铺层参数对风力机叶片刚度的耦合影响分析

风力机叶片性能随铺层参数的不同而不同.本文结合工程实际,运用均匀试验设计法安排试验方案,结合有限元方法,采用多项式回归分析法,建立了以最大位移为因变量,铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序为自变量的二次型数学模型,分析了铺层参数对叶片刚度的耦合影响;采用单因素均值法与交互项分析优化了铺层参数的取值域,为叶片铺层结构设计和优化提供了方法和技术支持.     

汽轮机中压缸气动设计中的损失分析

运用计算流体力学(CFD)方法对300 MW汽轮机中压缸的3种反动式改型方案的内部流场进行了数值模拟.根据计算结果分析了不同方案下的流动特性和参数变化,给出了多级效率,并分析了引起级内损失的原因.计算结果表明,反动式与冲动式两种设计方法得到的叶片效率相近;而后部加载叶型能有效抑制二次流,从而降低叶栅损失;叶片的前缘直径及弯曲角度对流场中涡结构有明显的影响.     

燃气涡轮的模糊控制实现

燃气涡轮工作转速受进油量、进气量和试验装置特性等多种因素的影响，由于这些因素之间有很强的交叉耦合，很难建立精确的数学模型，因此按经典控制理论很难对燃气涡轮的转速进行控制。针对燃气涡轮系统的转速控制问题，文中提出了一种实用的自寻优ＦＵＺＺＹＰＩ模糊控制方案。利用模糊推理合成规则，得出了模糊控制结果，并用于实际系统控制，获得了成功。     

涡轮叶片尾缘劈缝结构换热特性试验研究

为研究涡轮叶片尾缘劈缝结构的换热特性,设计了6种劈缝结构,采用试验的方法分别对其绝热冷却效率与对流换热系数的影响规律进行研究,研究表明:①随着吹风比的增加,绝热冷却效率和对流换热系数均呈现逐渐增大的趋势;②劈缝出流角度对尾缘区域的气膜冷却特性有很大影响,随着尾缘劈缝出流角度的增加,尾缘绝热冷却效率逐渐升高,对流换热系数逐渐降低;③劈缝出口固体壁面形状对尾缘气膜冷却特性有很大影响,劈缝出口固体壁面为圆角的尾缘绝热冷却效率最高,随着劈缝分隔壁长度的减小,绝热冷却效率逐渐减小,对流换热系数逐渐升高。     

新型角接触球轴承预紧装置设计

为实现轴承预紧的动态调节，课题组设计了一种新型的主轴轴承自调节预紧装置。该装置采用对称性结构，可通过调整离心力的输出方向，来满足同向和背对背安装轴承的预紧力调节需求；并且能根据主轴转速变化，利用质量元件产生的离心力自动调整轴承预紧力；通过设计轴承变预载系统，对装置的运行机理进行了分析；利用ANSYS有限元仿真分析软件对装置进行接触非线性分析，研究了装置不同转速时的动态预紧性能。研究结果表明：该装置既能在低速时提供大的预紧力，又能在高速时以二次函数关系式的形式自动减少轴承的预载，具有很好的预紧性能。课题组的研究为轴承预紧结构的设计提供了新思路。     

关键部件对自由活塞斯特林制冷机制冷性能的影响

实验测试了两种不同丝网蓄冷器的流阻特性及其对整机制冷性能的影响，表明在低温下需要设计小空隙率，而在高温区需要设计大空隙率．通过改变冷头材料，实验测试了冷头表面温度的变化情况．比较了不同制冷量下两种冷头的表面温差，表明制冷量越大，冷头材料导热系数对两者表面温差的影响越大．通过粘贴排出器垫块，改变冷端死容积．分析了死容积对整机性能的影响，在200K温度以下，死容积越小，制冷性能越好，但在240K以上的高温区，制冷性能受死容积的影响较小．     

小型电动机转矩转速动态测试系统的研制

介绍了相位式转矩转速传感器工作原理,论述了采用相位式转矩转速传感器进行转矩转速动态测试的原理及方法,讨论了基于工控PC机的测试系统方案、硬件电路及软件设计思想。在模拟不同负载的情况下,运用该测试系统对小型电机的转矩转速进行了测试,并将测试数据与测功法测试数据进行对比,实验结果表明,该测试系统设计合理,性能可靠。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

三元流理论在风机设计、改型中的应用研究

本文用加大叶片进出口安装角及增多叶片数,并用三元流动理论计算流场的方法对叶型进行了有效的改进,从而使高效的工况范围扩大并提高了大流量时的压头。从给出的三个流面的叶片表面速度分布可看出:改型后叶轮具有较好的气动性能及较大的作功能力。而经实验验证表明理论分析与实验结果基本一致。本文提供的实例说明用三元流理论与工程设计、实验相结合来设计和改型风机是一个切实有效的方法。     

涡轮流量计数学模型与优化设计

本文应用流体力学边界层理论,对涡轮流量计涡轮叶片受到的流体粘性阻力矩作了较详尽的理论分析,得到了粘性阻力矩的计算公式。公式表明,在层流流动时,粘性阻力矩与流量的3/2次方成正比;在湍流流动时与流量成13/7次方关系。从而导出了全新的涡轮流量计的数学模型。根据这一数学模型计算的涡轮流量计的特性曲线与实验结果甚为吻合。文中还提出了关于涡轮流量计临界雷诺数Re_(c1)的新概念。认为可以用Re_(c1)的值作为判别涡轮流量计特性曲线优劣的准则数,对仪表结构参数进行优化设计,以扩大仪表的量程比。     

基于速度环补偿的零力控制方法

针对当前零力拖动控制方法成本较高、系统复杂的缺点，课题组提出一种基于速度环补偿的零力控制方法，适用于小型机械臂的拖动示教。根据伺服电机励磁电流与力矩的线性关系，利用电流检测代替复杂的力矩传感器，并通过实验验证这一替代的可行性；设计一种模拟人手拖动单关节电机实验方法，运用控制变量法研究在外力拖动下关节电机转速与励磁电流之间的关系。实验结果表明外力不变时存在一个转速使励磁电流值最小，此时对应了需要的拖动力最小。本研究验证了基于速度环进行零力控制的可行性，为零力控制提供了新的思路。     

基于CFD的搅拌反应罐内部流场的数值模拟

利用CFD计算流体力学软件对搅拌反应罐搅拌区流场进行模拟,实现了速度场、速度位置分布的可视化,获得了速度场的分布规律;分别对不同半径、不同结构的搅拌架和在不同搅拌转速下的浓缩罐内部流场进行详细分析,获得搅拌效果与搅拌架半径、结构以及搅拌转速之间的关系,并根据力矩分析结果给出了合理的搅拌转速区间。该研究可为冷冻浓缩罐的设计和生产提供理论依据。     

基于EDEM的猴魁茶叶充填过程仿真研究

为解决猴魁茶叶包装劳动强度大、效率低等问题，课题组设计了一款适用于猴魁茶叶的自动化充填系统。运用EDEM离散元仿真软件对猴魁茶叶的充填过程进行仿真模拟，观察充填过程中茶叶姿态的变化规律，以验证设计的合理性；并以堆积角、平均速率及平均挤压力作为评价指标，探究不同结构参数对茶叶充填性能的影响规律。结果表明：载具转速对茶叶充填性能影响最为显著，转速越大，茶叶的堆积角、速度及内部挤压力越大。课题组的研究可为后续装置研究与参数化设计提供参考。     

一种桨扇的气动设计和数值仿真研究

在NASA的SR-3桨扇构型基础上,生成了一种8叶桨扇模型。通过准定常数值仿真,得到了不同工况下该桨扇的总体气动性能变化规律及其流场特征,并研究了设计工况下,桨扇叶片数对桨扇总体性能及叶片气动性能的影响。结果表明:该桨扇模型具有较高的推进效率,可为进一步的工程应用提供参考。     

动静叶相互干涉的三维非定常流场数值模拟

将双时间步法应用于叶栅级的全三维黏性非定常数值求解，讨论了分区算法中内边界条件的给定问题，本算法可保证分区边界上具有与内点相同的精度，具有很好的数值稳定性，且通量基本守恒，将该方法应用于具有弯曲导叶的涡轮级的计算可得到典型的非定常流谱，揭示了动静叶之间的相互干涉对叶片气动性能的影响，数值计算结果表明本文给出的算法是合理有效的。