基于平板结构振动强度测量的理论和通道相位补偿方法,采用图形化编程语言LabVIEW,设计了虚拟振动强度分析仪.该仪器具有数据采集、通道相位补偿、振强计算、信号分析以及振强可视化功能,且参数控制全部通过图形用户界面进行.与传统仪器相比,虚拟振强仪数据处理及振强可视化能力强,面板操作方便,易于扩展和性价能比高.

针对高空模拟试车台动静架连接处气体泄漏问题,开展基于中段进气的新型篦齿密封结构优化设计与封严特性的数值模拟与试验研究。设计了新型篦齿密封结构,选取篦齿齿尖厚、齿根厚及后倾角为参数变量,泄漏量为优化目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和数值计算结果建立二阶响应面模型,开展新型篦齿密封结构泄漏特性数值模拟与优化研究,并通过实验进行验证。研究表明,实验结果与有限元计算结果误差不超过10%,验证了数值模型的准确性。通过优化设计与分析,新型篦齿连接结构泄漏量降低12.5%,使得该结构更容易实现最优的封严效果。新型篦齿密封结构封严特性较初始结构提高99.2%,消除了由连接处泄漏带来的附加阻力695.2N。

针对现代航空发动机机匣安装边密封设计与泄漏评估问题,本文开展了不同安装边结构参数及机匣所受载荷对安装边密封特性影响的研究。根据环形板理论,推导并建立了轴向力、内部气体压力等载荷与安装边形变的关系,据此研究了安装边厚度、高度及螺栓预紧力等对安装边密封性能的影响规律。本文得出安装边根部轴向位移理论解与有限元计算结果相对误差为-2.71%,分离距离与有限元计算结果相对误差为-1.21%,具有很好的工程精度,为航空发动机机匣安装边密封特性分析与泄漏评估提供了一种有效方法。

在微观尺度下的静密封界面表面形貌是粗糙不平的,两粗糙表面上的微凸体在载荷作用下会接触形成孔隙;随着接触压力的减小或观察尺度的增加,当孔隙增加到一定数量时孔隙之间会相互连通形成泄漏通道,影响密封性能。现有的粗糙表面密封分析基于均化思想、逾渗理论和多孔介质思想等方法建立泄漏通道模型,考虑表面粗糙度、表面纹理以及表面载荷等对密封性能的影响。对现有的粗糙表面间密封性能的研究现状进行综述,分析现有的粗糙表面密封研究方法存在的不足之处,指出粗糙表面间密封研究可能的方向,为进一步研究粗糙表面密封机制提供了参考。

加筋肋是提高薄壁机匣刚度普遍采用的结构形式,合理的加筋肋形式及位置可以起到抑制薄壁机匣振动的效果。采用有限元法对某型航空发动机加筋肋薄壁机匣模型振动特性进行分析计算,并利用锤击法对其进行模态试验,通过结果分析验证了计算结果的准确性。研究加筋肋位置和截面几何参数变化对机匣固有频率的影响;采用响应面法对加筋肋位置进行优化设计,通过有限元验证优化结果的准确性。分析表明在保证质量不变的情况下,加肋结构减振效果明显。

航空发动机机匣为加筋肋薄壁壳体结构,加筋肋形状和位置的优化可以起到抑制共振、提高结构强度的作用。通过有限元软件对加筋肋薄壁机匣模型的振动特性和强度特性进行计算分析,并进行模态试验验证。采用响应面法分别以振动特性和强度特性为目标对加筋肋位置及形式进行单目标优化设计,并在此基础上进行了综合优化设计,最后通过模态试验和有限元计算,验证了优化结果的准确性。分析表明,在保证加筋肋截面面积不变的情况下,单目标优化设计在不考虑其他影响因素的条件下能使薄壁加筋肋机匣减振效果或结构强度明显提高,综合优化设计能按照设计要求使薄壁加筋肋机匣的减振效果和强度同时达到要求。

针对某飞机螺旋桨开展气动噪声数值模拟和实验研究。气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,运用大涡模拟和FW-H模型获得声学测量点的噪声频谱。实验测量选在露天场地进行整机静态测试。通过螺旋桨各测点声压级计算结果与实验对比分析,证明了数值计算的准确性。基于计算模型和方法,分析了螺旋桨在三种转速下旋转区声压级分布规律。研究表明旋转区声压级随转速逐渐增大;螺旋桨叶尖涡及前缘分离涡在桨叶表面形成较大压力波动,为螺旋桨主要噪声源。

航空发动机静子机匣的同心度与转静子碰磨及气流泄漏直接相关，严重影响发动机工作效率及可靠性。良好的转静子同心度和转子叶片叶尖间隙分布的合理性是发动机高效、稳定工作的关键。建立了压气机静子机匣有限元三维模型，通过有限元计算来模拟螺栓的数量、位置和预紧力大小对机匣同心度的影响，并基于神经网络和MonteCarlo方法得到了多个螺栓位置和预紧力变化对于同心度影响的直方图。的研究为航空发动机静子机匣及其叶尖间隙设计提供了参考。

安装边泄漏对航空发动机的工作效率影响较大，现有文献关于发动机安装边泄漏特性的研究较少。基于断裂力学理论，推导了法兰安装边泄漏压力与安装边应力关系公式，建立了某型航空发动机安装边三维有限元模型，研究了安装边厚度、螺栓数量、螺栓直径以及螺栓预紧力对安装边泄漏压力的影响。研究表明：安装边的泄漏压力随着螺栓数量以及预紧力的增加而增大，随着安装边厚度的增加而减小，随着螺栓直径的增加先增大后减小。研究为航空发动机机匣安装边结构参数设计提供了参考。

针对航空发动机中介轴承振动信号故障微弱，故障特征难提取的问题，提出了基于固有时间尺度分解（ITD）和近似熵（AE）结合随机森林（RF）的航空发动机中介轴承故障诊断方法。首先，利用航空发动机中介轴承试验台模拟并采集轴承在正常、外圈故障、滚动体故障三种状态下的振动信号；然后通过ITD方法将非平稳、非线性的中介轴承振动信号分解成一组固有旋转分量（PR），计算其近似熵；最后，将不同尺度的近似熵值作为特征向量，输入到随机森林分类器模型中进行分类识别与故障诊断。研究表明，该方法能有效提取出机匣表面振动信号中微弱的中介轴承振动故障信号特征，故障诊断准确率高，具有工程实用性。