- 李浦;袁奇;
拉杆转子广泛应用于燃气轮机和航空发动机，由于考虑了多组合界面几何结构、界面参数不确定性和多支撑边界条件等影响因素，传统的正向分析无法准确预测转子的模态特性和动力学响应。针对复杂边界条件下拉杆转子跨尺度接触参数的不确定问题，开展了接触界面参数识别和动力学研究综述，全面回顾了基于平面接触和端面齿连接的典型拉杆转子的结构特点和结构完整性设计要求，介绍了接触刚度计算常用的统计学模型和分形模型，总结了节点单元、零厚度接触单元和薄层接触单元3种常用的接触界面有限元建模方法和特点，综述了非线性边界条件下转子模型的参数识别研究进展、动力学研究进展和预紧力设计准则。通过对现有研究成果的总结及全面分析，给出了端面齿盘拉杆转子跨尺度建模、复杂边界下的转子界面参数识别、多物理域转子非线性动力学分析以及考虑预紧失谐的工程装配设计准则等未来的研究方向。
2023年10期 v.57 39-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 658K] [下载次数：160 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 郭振东;李存晰;宋立明;李军;丰镇平;
为缩短精细气动形状设计优化所需的最少性能评估次数与任务周期内所能容许的最大性能评估次数之间的差距，基于机器学习领域迁移学习理念，开展了采用知识迁移加速的智能气动设计优化方法研究。首先，搭建了翼型变分自编码器模型，利用其解码器实现了气动形状的智能参数化，同时借助其编码器将已完成任务样本统一至目标任务参数化空间；其次结合单保真度和多保真度代理模型，建立了贝叶斯迁移优化算法；然后，将翼型变分自编码器模型与贝叶斯迁移优化算法相结合，搭建了智能气动形状迁移优化框架；最后，通过任务相关性分析对知识迁移加速优化过程的机理进行了讨论。研究结果表明：通过开展翼型设计优化，智能气动形状迁移优化框架所获得的最优解中位数相较于无知识迁移的变分自编码器优化方法，性能提升了4.8%,比其他各参比方法提升了19.9%以上，验证了该知识迁移策略的有效性。
2023年10期 v.57 53-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 782K] [下载次数：106 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 雷隆;丛庆丰;郭粲;李志刚;李军;
为探究燃气轮机透平轮缘密封燃气入侵机理和非定常封严效率演变特性，针对某型燃气轮机透平第一级和第二级静叶(1.5级)自主设计了轮缘密封结构，通过数值求解三维unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(URANS)方程组和SST k-ω湍流模型，研究了实际运行工况下燃气透平轮缘密封非定常封严效率和流动特征。结果表明：4种不同冷气流量下，前后盘腔密封齿以下区域均被完全封严；前盘腔受燃气入侵影响较大，冷气流量最大时外腔静盘面上平均封严效率仅为后盘腔的48.2%。盘腔内封严效率和轮缘密封间隙内流场受主流非轴对称周向压力分布和Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性涡共同影响，前盘腔出口附近非轴对称周向压力和轮缘间隙内K-H不稳定性旋涡强度均显著大于后盘腔，轮缘间隙处最大入侵流量约为后盘腔的2.5倍；与K-H不稳定性涡相比，后盘腔外腔内存在的与不稳定性涡相干的两个涡旋和非轴对称周向压力分布对封严效率和流场的影响更为显著。前后盘腔内存在多个旋涡，旋涡大小和位置不断变化，改变对入侵燃气和封严冷气的流动阻力，进而影响盘腔内封严效率和流动形态。
2023年10期 v.57 64-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1897K] [下载次数：75 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 黄朝晖;袁奇;余承智;高进;孔祥林;
针对某实际燃气轮机动力涡轮转子因结构尺寸大、质量大等原因无法直接开展试验动力学研究，提出了一种由三维有限元仿真计算和试验相结合的动力学相似试验转子模型的设计方法。首先，利用动力相似原则建立原始涡轮转子的动力相似试验转子模型和相应转子试验台，确定了目标函数为临界转速和振型相似；然后，分别进行转子动力学相似模型的有限元仿真计算和动力学特性试验，所得临界转速最大相对误差为4.5%,API 612高速动平衡标准下的不平衡响应峰-峰值相对误差为1.5%,说明仿真和试验的结果可靠；最后，对动力相似试验转子模型的有效性进行验证，动力相似试验转子模型的临界转速仿真和试验结果均与原始涡轮转子模型的临界转速成2.05倍关系，符合动力相似准则，并且动力相似试验转子模型的应变能分布与原始转子模型相似，成功构建了原始涡轮转子模型的动力相似试验转子模型，对于叶盘-转子系统的稳定性分析和试验设计研究有很大的参考价值和现实意义。
2023年10期 v.57 78-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 810K] [下载次数：207 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 张国路迢;王江峰;娄聚伟;郭雨旻;赵攀;
为了分析半高叶片扩压器内的流动机理，进一步提升半高叶片扩压器的工作性能，研究了离心压缩机中不同叶高、位置的半高叶片扩压器内的流动特性，提出了斜半高叶片扩压器，研究了斜半高叶片扩压器在发生旋转失速时流动特性。采用了三维计算流体动力学(CFD)方法对使用不同扩压器的离心压缩机在稳态和瞬态条件下进行了全周全工况数值模拟。研究结果表明：在设计工况下，斜半高叶片扩压器相较于半高叶片扩压器，当安装在轮盘侧时，总静压比提升了3.80%,总静等熵效率提升了2.74%,当安装在轮盖侧时，总静压比、总静等熵效率分别提升了0.82%、2.11%;旋转失速时的研究表明，斜半高扩压器叶片叶顶间隙流动能够在发生旋转失速时耗散静压波动能量，将扩压器内静压波动从最大约50 kPa降低至了约10 kPa。所提斜半高叶片扩压器作为新型的扩压器类型，性能优于半高叶片扩压器，具备广阔的应用前景，对旋转失速时的流动研究结果能够扩压器叶片叶顶间隙流动研究提供重要参考。
2023年10期 v.57 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1174K] [下载次数：65 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 郭嘉杰;梁崇治;郭振东;宋立明;李军;
为进一步提高凹槽叶顶的冷却与气动性能，基于Kriging代理模型优化算法，耦合商业CFD分析软件，引入椭圆冷却孔型，设计了凹槽叶顶冷却孔组合偏转角参数化方法，并建立了组合偏转角自动优化框架。以实验条件下的GE-E~3首级动叶的叶顶冷却孔布局为研究对象，兼顾冷却与气动两方面性能，开展了凹槽叶顶的冷却孔优化设计与气热分析。研究结果显示，在凹槽叶顶布置吸力面朝向与凹槽尾缘朝向的组合偏角气膜孔能有效增强气膜的贴壁性能，扩大气膜的覆盖范围，同时引导了射流向凹槽尾缘堆积，提升了刮削涡对泄漏流的阻塞作用，有效降低了泄漏流量。椭圆孔依靠低曲率的长轴边出流，相较于圆形孔进一步扩大了气膜覆盖范围并提升了贴壁性能，使凹槽尾缘的流线堆积效应相应增强，进一步地减少了泄漏流量。圆形孔优化结构相比参考结构的气膜冷却效率提高了331.7%,泄漏流量相对减少了1.641%;椭圆孔优化结构的气膜冷却效率提升了565.1%,泄漏流量相对减少率为2.063%。
2023年10期 v.57 99-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1313K] [下载次数：109 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 胡斌;齐迪;徐永生;林梅;
为提升散热量不断增加的电力电子器件冷却系统的高效换热能力，提出采用全氟己酮为工质的水平双直角五边形肋柱通道流动沸腾换热系统对其进行冷却。通过实验的方法制作了入口当量直径为3.81 mm的五边形柱群通道结构，对通道内流动沸腾的平均及沿程换热特性展开了研究，实验工况如下：壁面热流密度为50～400 kW·m~(-2),入口流速为0.1～0.9 m·s~(-1),入口过冷度为15～35℃。结果表明：当热流密度低于100 kW·m~(-2)时，单相对流占主导，增加流速与过冷度能够明显促进壁温降低；当热流密度高于200 kW·m~(-2)时，沸腾吸热占主导，增加流速与过冷度时壁温的降低幅度不明显；在热流密度为400 kW·m~(-2)、过冷度为15℃的工况下，柱群通道的平均传热系数最高；通道沿流向的局部传热系数总体呈现上升趋势，随着热流密度的增大、流速与过冷度的降低，通道出口传热系数相比进口的增长更加显著，此时通道内流体沿流向的沸腾剧烈程度发展速度更快、通道出口的沸腾程度更剧烈。该研究可为水平柱群通道内流动沸腾传热的最佳工况设计提供理论基础。
2023年10期 v.57 111-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 687K] [下载次数：104 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 段金燕;赵强强;汪可;李戈琦;张进华;洪军;
为提高考虑运动失效参数影响的快速机构的运动精度，提出了一种基于首次穿越法的快速机构时变运动可靠性与灵敏度分析方法。首先，分析了快速机构运动的失效因素，明确了零部件加工与装配等随机误差对机构运动精度的影响；接着，根据储能过程的平面机构运动方程，利用矢量环法构建了快速机构的运动误差极限状态函数，建立了时变运动可靠性分析模型；然后，联合一阶线性估计、高维高斯条件分布以及一阶高斯截断矩特性，推导了一种新的时变运动可靠性首次穿越率解析公式；最后，结合数值积分求解方法，得到了快速机构时变运动的失效概率序列与灵敏度。仿真结果表明：在保障快速机构运动精度的过程中，应重点关注机构中的拨钉定位误差及偏心凸轮尺寸公差；所提方法得到的时变运动失效概率与蒙特卡罗法的计算结果相接近，但其计算成本却仅为蒙特卡罗法的0.04%。
2023年10期 v.57 121-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 555K] [下载次数：117 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 唐宇翔;陶建峰;刘成良;
针对盾构机刀盘主驱动电机存在因高频振动和电流信号获取不易和长时间工作导致的电机异常检测准确率低和性能评估困难的问题，通过分析主驱动电机的群体特征与个体特征的相似程度，提出了一种基于多尺度循环自编码器的盾构主驱动电机异常检测和性能评估的方法。首先将正常运行时的主驱动电机原始电流数据进行异常值清洗、筛选工作阶段、归一化等预处理工作；再根据预处理后的电流信号进行时间切片和特征提取编码，构建描述电机之间性能差距的差异性矩阵作为训练集；然后将数据集输入多尺度循环自编码器中提取正常运行电机电流信号特征，从而实现准确地进行电机的异常检测并给出性能评估的健康指标。基于印度孟买D215工程的实际数据，对所提方法进行了验证和测试，结果表明：该方法在仅能获取到PLC数据的情况下，完成盾构主驱动电机的异常检测，准确率维持在90%以上，并能够给出一种反映主驱动电机组性能退化的健康指标。
2023年10期 v.57 132-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K] [下载次数：87 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 郭磊;姬云霄;马臻;郭万金;李哲熙;张新荣;
针对常规刚性磨具对复杂面型、硬脆难加工材料工件进行磨抛加工时，难以兼顾加工效率、表面质量以及完整性的问题，提出了一种基于磨料颗粒增强磁流变弹性体材料(A-MRE)的磨抛加工方法。首先，基于磁性颗粒与磨料颗粒在硅橡胶基体中的链网组装与夹持行为，设计了A-MRE材料制备工艺流程；然后，基于微观组织结构观测，建立了A-MRE材料代表体积单元(RVE)模型，结合理论分析与有限元仿真研究了磁场条件对基体软固结磨粒把持行为的影响；最后，采用A-MRE磨具对SiC材料开展磨抛加工实验，分析了不同磁场条件下的表面加工质量与材料去除效率。研究结果表明：磁场方向与A-MRE基体磁性颗粒链方向夹角为0°时磨粒把持应力最大，且随磁场强度的增加而增大，对A-MRE基体施加1.5μm压缩量时，磨粒最大把持应力可达396.63 kPa;磁场强度为0.35 T时，采用A-MRE磨具加工的SiC材料表面粗糙度比无磁场条件下的降低了80.3%,材料去除效率提高了28.6%,磨具损耗量降低了56.1%,验证了A-MRE作为弹性磨具基体材料的可行性。
2023年10期 v.57 143-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 990K] [下载次数：85 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 王宗科;张贵锋;张誉;
为降低钛合金与不锈钢钎焊的工艺成本与钎料成本，采用自主设计制备的Cu-Mn-Ni钎料，在低成本保护气氛氩气下对TC4钛合金与316L不锈钢进行感应钎焊，并从润湿性、接头显微组织与力学性能方面研究其可行性，揭示了界面反应的特征与机制。试验结果表明：钎料对TC4钛合金与316L不锈钢的润湿性优异，两侧接触角分别为8°、12°与6°、7°;在钎焊温度为900和930℃下保温1 min后，接头处的显微组织为TC4/(α+β)Ti/βTi/(βTi+Ti_2Cu)+Ti_2Cu/FeTi/γFe/316L;在钎焊温度为960℃下保温1 min后，显微组织为TC4/(α+β)Ti/βTi/βTi+(βTi+FeTi)/FeTi/γFe/316L;随着钎焊温度升高，接头的抗剪强度先增大后减小，钎焊温度为930℃时，保温1 min后接头的抗剪强度达到最大值155 MPa;断口分析表明316L不锈钢侧为接头的薄弱区域，断裂发生在FeTi扩散层与临近的Ti_2Cu相内(900和930℃),或更厚更硬的FeTi扩散层内(960℃)。
2023年10期 v.57 153-162页 [查看摘要][在线阅读][下载 1048K] [下载次数：229 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 高淑萍;蔚坤;宋国兵;
为了有效识别风电系统在发生短路故障时的故障相，避免因传统选相元件的适用性问题造成损失，提出了一种适用于风电场线电压之间的相关性判别选相方法。首先，分析了风电系统在故障期间的拓扑网络，利用相模变换以及边界条件确定故障后风电场的线电压表达式；然后，分析线电压之间的故障特征，发现在短路故障发生后，各线电压之间主要关系与系统的等值阻抗有关，不同短路故障的线电压突变量具备独特的关联性；紧接着，利用Pearson相关性算法，根据短路故障特征确定相应的选相判据进行故障选相；最后，通过PSCAD搭建双馈风电场并网模型并进行各种故障仿真，输出故障数据，利用MATLAB对不同故障条件下的数据进行处理以及对所提线电压故障选相方法进行验证。仿真结果表明，在不同故障类型中该方法均可以有效识别故障相，并且不受故障位置以及过渡电阻阻值大小的影响，可有效应对风电系统弱馈性、频率偏移以及正负序阻抗不稳定等问题。
2023年10期 v.57 163-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 625K] [下载次数：97 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 袁志东;贾少锋;梁得亮;
针对实心转子铁心式永磁游标电机在运行过程中，转子铁心产生的涡流损耗远大于常规永磁电机的问题，对实心钢转子铁心中的涡流损耗产生机理进行了研究，并提出一种能够有效减小其涡流损耗的转子结构。首先，从永磁游标电机(VPM)的磁场特性和涡流损耗产生机理出发，对比了采用实心钢转子铁心的传统永磁电机和VPM电机，得出VPM电机具有更大的转子涡流损耗，并分析了其产生原因；随后，提出一种转子开槽的新型VPM电机结构，该结构可以在保证电机转矩基本不变的情况下，大幅减小转子涡流损耗；最后，通过三维有限元计算，验证了所提结构的有效性。结果表明：实心转子铁心式VPM电机的转子铁心涡流损耗是传统永磁电机的26.85倍；采用文中所提的电机结构，可以在输出转矩下降不到5%的情况下，转子涡流损耗减小达到67.2%。研究结果可为VPM电机的工业应用和推广提供参考。
2023年10期 v.57 173-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1122K] [下载次数：90 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 李月明;丁泽民;余又红;刘永葆;
为缓解大功率脉冲负载投切造成的船舶燃气轮机发电系统功率波动，将由飞轮储能装置和蓄电池组成的混合储能系统应用于船舶燃气轮机发电系统，提出一种采用变分模态分解(VMD)和模糊控制策略的船舶微型燃气轮机发电系统混合储能功率分配策略。基于算术优化算法优化的变分模态分解(AOA-VMD),实现混合储能系统中飞轮储能和蓄电池功率的初级分配；考虑飞轮储能转速和蓄电池荷电状态安全运行范围，设计两个并列的模糊控制器，调节飞轮储能和蓄电池的初级功率，实现飞轮储能和蓄电池功率的二次分配。建立包括燃气轮机、发电机、混合储能系统和脉冲功率负载的船舶微型燃气轮机发电系统模型并开展性能仿真。结果表明，考虑混合储能后，脉冲负载投切所造成的直流母线电压最大波动减小了6.4%,对应的微燃机转速最大变化率减小了0.02%。对比采用传统滤波器和未经优化VMD的算法，采用AOA-VMD算法分解脉冲负载的功率波动信号：投入峰值功率为40 kW的脉冲功率负载时，直流母线电压波动量分别减小3 V和2.4 V,对应的微燃机转速波动率分别减小0.012%和0.014%;切除上述负载时，电压分别减小2.7 V和0.6 V,转速波动率分别减小0.018%和0.012%。仿真结果验证了所提采用变分模态分解的混合储能功率分配策略的有效性与优越性。
2023年10期 v.57 183-195页 [查看摘要][在线阅读][下载 561K] [下载次数：242 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王小银;王丹;孙家泽;杨宜康;
针对现有对抗攻击方法在黑盒场景下攻击成功率不高以及生成质量低等问题，提出了一种基于生成对抗网络(GAN)的肺部疾病诊断模型黑盒可迁移性对抗攻击方法。以肺部医学影像为基础，依托残差神经网络，在生成器中设计基于扩张卷积的残差块和金字塔分割注意力机制，以提高网络在更细粒度上的多尺度特征表达能力；设置带有辅助分类器的判别器对样本进行正确分类，并且添加攻击者实施对抗训练，以增强对抗样本的攻击能力和稳定GAN的训练。运用无数据黑盒对抗攻击框架训练替代模型，实现可迁移性对抗攻击，获得高黑盒攻击成功率。所提方法在目标攻击和无目标攻击任务下的对抗攻击成功率分别达到了68.95%和79.34%,与其他黑盒场景下基于GAN的对抗方法相比，迁移攻击成功率更高，且生成的对抗样本更接近真实样本。所提方法解决了传统基于GAN的攻击方法难以捕获肺部影像细节特征而导致无法获得更优的对抗性能的问题，对在实际应用场景下提高肺部疾病诊断模型的安全性和鲁棒性提供了参考方案。
2023年10期 v.57 196-206+220页 [查看摘要][在线阅读][下载 741K] [下载次数：150 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 张梓轩;齐子森;许华;史蕴豪;梁佳;
针对现有方法在通信辐射源空、时、频、能域特征相近甚至相同情况下，个体分类识别效果不佳的问题，提出了一种采用极化特征的通信辐射源个体识别方法。通过分析通信辐射源双极化特征表征方法，对通信辐射源的极化信号建模，根据极化信号模型，借鉴幅度-相位法思路，构建了双极化接收系统实现极化信号接收和极化特征提取；通过对极化天线振动引起的通道不一致性进行分析，建立极化通道误差模型，得到含有时变幅相误差的极化信号表示，据此设计了基于自编码器的通道时变幅相误差校正算法，在扰动数据(含时变幅相误差和噪声的数据)与原始数据(只含噪声的数据)双驱动下，学习原始数据深层特征规律，实现对扰动数据的重构，克服了极化特征对通道噪声与时变幅相误差敏感的问题；经过设置的阈值规则进行通信辐射源个体的硬判决分类。仿真实验表明，在信噪比为10 dB时，所提方法对模拟辐射源的个体识别准确率达95%以上。实测数据表明：所提方法在暗室理想情况下，对辐射源个体的识别准确率达99%以上；在实采数据上叠加高斯白噪声、模拟信噪比为10 dB时，个体识别准确率达95%以上，所提方法的有效性得到了验证。
2023年10期 v.57 207-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 1166K] [下载次数：100 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] 下载本期数据