民用航空发动机在翼时间控制方法

为了通过视情维修策略控制民航发动机在翼时间,分析了发动机维修与在翼时间的特点,建立了反映在翼时间与状态监测变量和故障强度之间关系的比例强度模型,确立了性能衰退下的在翼时间控制限与单位时间总成本期望值最小时的最优预防性维修间隔,并进行了CF6-80C2A5型发动机运营数据的实例验证。结果表明:故障强度小,则在翼时间控制限低;预防性维修与事后维修成本率会影响最优预防性维修间隔;完备的发动机拆换与在翼历史记录、维修成本、适航与制造商要求、寿命件限制等数据是提高在翼时间控制准确性的关键。     

基于MATLAB的增压发动机动态排放仿真模型研究

介绍了研究增压发动机动态排放问题的意义以及研究方法.采用了增压发动机动态性能模拟与稳态试验相结合的方法,建立了涡轮增压柴油机的准线性动态模型,利用稳态试验数据建立神经网络排放模型,提出了一种将2种模型结合起来在MATLAB/SIMULINK环境下的增压发动机动态排放预测仿真模型.     

船用大型压气机质量流量分区域建模方法

针对查表法外推能力不可靠以及采用单一曲线拟合法时在压气机不同工作区域的预测与外推精度不一致的问题, 提出了一种船用大型压气机质量流量分区域建模方法; 通过定义区域划分函数, 将压气机整个工作区域划分为设计工况区、低转速区、高转速区与低压比区, 通过对比与分析经典的和近年提出的压气机质量流量数学模型的预测和外推精度, 为每个区域选择精度最高的数学模型; 为防止在动态仿真过程中当压气机运行点由其他区进入低压比区时可能出现的不连续间断点, 应用一种曲线融合方法来保证等转速线的平滑过渡; 为验证所提出的建模方法的正确性与有效性, 将其应用于一台船用大型低速二冲程柴油机仿真模型中开展稳态与瞬态仿真试验。研究结果表明: 相比查表法, 提出的建模方法可有效提升主机仿真模型增压器转速的稳态预测精度, 平均绝对百分误差由3.54%下降至0.61%, 在改变主机转速与负载这2种瞬态工况下, 压气机的运行点可平稳、连续地由设计工况区过渡至非设计工况区; 提出的建模方法既能准确预测压气机设计工况区内的已有样本数据点, 又能合理、稳健地外推至非设计工况区, 既可直接应用于涡轮增压发动机的动态仿真研究中, 也可用于离线生成压气机在全工况范围内的性能图谱, 进而应用于商业发动机性能仿真软件中。      

Robust intelligent control design for marine diesel engine

This work deals with the nonlinear control of a marine diesel engine by use of a robust intelligent control strategy based on cerebellar model articulation controller （CMAC）. A mathematical model of diesel engine propulsion system is presented. In order to increase the accuracy of dynamical speed, the mathematical model of engagement process based on the law of energy conservation is proposed. Then, a robust cerebellar model articulation controller is proposed for uncertain nonlinear systems. The concept of active disturbance rejection control （ADRC） is adopted so that the proposed controller has more robustness against uncertainties. Finally, the proposed controller is applied to engine speed control system. Both the model of the diesel engine propulsion system and of the control law are validated by a virtual detailed simulation environment. The prediction capability of the model and the control efficiency are clearly shown.     

安全型继电器失效机理判别与寿命预测

分析了安全型继电器的失效机理, 将其划分为3种失效形态; 以接触电阻、吸合时间、超程时间、回跳时间、释放时间和燃弧时间作为失效特性参数, 采用小波变换和移动平均法实现降噪; 针对特性参数间可能存在相关性的情况, 采用主成分分析法实现对多维特性参数的降维处理; 定义了主成分的平均梯度, 采用欧氏距离判别准则, 对18组触点的失效形态进行了判别; 采用Fisher判别方法分析了触点特性参数, 选取能够显著反映安全型继电器寿命的特性参数作为预测变量, 建立了灰色预测模型, 进行了安全型继电器的寿命预测, 并验证了模型的预测效果。研究结果表明: 降噪后特性参数平滑度较好, 同时具有较高的信噪比和较低的均方根误差, 降噪效果较理想; 采用欧氏距离判别准则得到的18组触点失效形态的判别准确度为83.3%;超程时间的Fisher判别函数值最大, 为8.2, 表明超程时间是表征安全型继电器寿命的一个重要参数; 安全型继电器的实际寿命为12.2万次, 基于灰色模型的预测寿命为11.6万次, 寿命预测值的相对误差为4.9%, 表明基于提出模型的寿命预测精度较高, 具有较好的可行性。      

基于多尺度排列熵和长短时记忆神经网络的航空发动机剩余寿命预测

针对航空发动机性能退化失效的变点和多状态参数的时间序列预测, 构建了基于多尺度排列熵算法和长短时记忆神经网络的剩余寿命预测模型; 使用多尺度排列熵算法对时间序列进行变点分析, 求解出性能退化过程中的突变点, 得到了有故障征兆的性能退化起始点; 构建了包含多变量的长短时记忆神经网络模型, 将多个状态参数代入到模型中得到对应的剩余寿命; 将变点后的航空发动机多状态参数和剩余寿命作为样本, 代入到长短时记忆神经网络模型中进行多步和多变量的时间序列预测; 通过综合航空发动机状态参数变点分析方法和时间序列预测模型, 得到最终的剩余寿命预测结果。研究结果表明: 多尺度排列熵算法能够及时监控各个状态参数的变化, 当发现状态参数异常时, 排列熵的值会发生跳变, 从而有助于及时发现故障征兆; 长短时记忆神经网络模型通过门控单元对长时间序列数据进行信息筛选, 充分保留了有效信息用于时间序列预测; 多变量长短时记忆神经网络能够对多状态参数进行同步分析, 并且将状态参数直接与剩余寿命相对应, 提高了模型效率; 通过多尺度排列熵算法和长短时记忆神经网络模型的结合, 能够考虑到航空发动机的多退化模式, 得到更符合实际退化过程的剩余寿命预测结果; 经过算例分析, 提出方法的剩余寿命预测的均方根误差为5.3, 与长短时记忆神经网络、反向传播神经网络和支持向量机相比, 误差分别降低了63%、72%和78%。      

大数据背景下基于特征学习的机械设备剩余寿命预测

传统数据驱动剩余寿命的预测方法是通过信号处理从监测数据中手动提取特征并构建健康指标，而在大数据背景下，手动提取特征需要特定专家知识并耗费大量人力，为解决该问题，提出了一种基于特征学习的机械设备剩余寿命预测方法——自适应特征学习寿命预测方法（AFLRULP）. 该方法构建移动窗口数据矩阵解决单次采样中的数据波动问题，并建立了多层一维卷积神经网络将数据矩阵映射为机械设备的健康状态；根据失效阈值可以计算出机械设备的剩余寿命；采样轴承全寿命周期数据集合对提出的AFLRULP进行验证，并且与传统基于手动提取特征的方法进行寿命预测准确性的对比. 研究结果表明:AFLRULP不需要人工提取特征，可从原始监测数据映射为机械设备的性能状态与剩余寿命，相对于现有的基于手动提取特征的寿命预测方法，提出的方法在轴承寿命预测累积相对准确率上平均提高了0.20.      

基于实车数据的电动汽车电池剩余使用寿命预测

电动汽车电池剩余使用寿命预测是当下电池研究领域的热点内容,现有电池剩余使用寿命预测模型大多基于单一预测指标,预测精度较低,模型的泛化性能较差。本文通过实车数据构建了GM-LSTM的Stacking融合模型,实现电动汽车电池剩余使用寿命的准确预测。首先根据电池剩余使用寿命影响因素,提取车辆真实的运行参数和环境参数,基于随机森林算法筛选最优特征集合作为模型输入,其次选择差分整合移动平均自回归算法对所选特征进行惯性延伸,克服数据时间维度上的限制,最后基于数据特点,分别建立灰色预测模型和长短时记忆神经网络模型实现电池剩余使用寿命预测,并通过Stacking模型融合进一步降低预测误差。结果表明：模型融合 后平均相对误差为1.6%,平均绝对误差为0.013,能够稳定可靠的实现电动汽车电池剩余使用寿命预测。     

柴油机高压油管的三维设计与模态分析

柴油机喷油泵高压油管是柴油机燃油系统高压油路的重要组成部分,其主要失效形式是由于谐振产生疲劳裂纹而最终导致的破坏。对某柴油机高压油管进行了三维布置设计;并对高压油管进行了模态分析,比较了高压油管无管夹固定与管夹固定两种情况下前5阶模态频率以及振形。分析结果表明,增加固定管夹可以明显提高高压油管的固有频率,能有效延长高压油管的寿命,并得到发动机台架试验的佐证。     

基于PI控制器的船舶加速过程负荷控制

在Matlab/Simulink软件中建立了某"柴-燃"联合推进系统仿真模型,利用实船试航数据对模型的准确性进行了验证,对现行的加速过程控制方法进行了仿真和机动性评估.针对应急加速过程中主机严重超负荷、正常加速时主机功率冗余过大及机动性差的问题,提出了用PI控制器设计加速过程"机-桨"联合控制的方法.该方法用主机的功率冗余量作为控制器的输入,对加速过程中主机的转速和螺距的增加率进行调控.研究结果表明,使用该方法对加速过程进行控制时,避免了主机超负荷工作,且航速增加率比现行控制方法的航速增加率提高了近70%.      

基于需求不确定性的机场拥挤风险预测模型与方法

为了获得机场交通需求的概率分布及其变化规律,量化机场交通需求预测的不确定性,从需求不确定性角度分析了航空器进离港时刻对机场交通需求预测的影响,基于多个时段交通需求相互转化的不确定性,建立了多时段机场进离港交通需求概率分布模型.在此基础上,将进离港交通需求与进离港容量曲线相匹配,建立了机场拥挤风险预测模型,给出了具体求解过程与方法.亚特兰大机场实际航班运行数据的验证结果表明,机场概率需求预测值比确定型需求预测值更接近实际进离港交通需求值;与确定型拥塞预测方法的准确度60.0%相比,本文模型将拥挤预测提高到80%;用旧金山机场实际航班数据验证了本文方法的有效性,准确性达到87.5%,为机场拥挤管理提供了依据.      

Imprecise Probability Method with the Power-Normal Model for Accelerated Life Testing

We present a new nonparametric predictive inference(NPI) method using a power-normal model for accelerated life testing(ALT). Combined with the accelerating link function and imprecise probability theory,the proposed method is a feasible way to predict the life of the product using ALT failure data. To validate the method, we run a series of simulations and conduct accelerated life tests with real products. The NPI lower and upper survival functions show the robustness of our method for life prediction. This is a continuous research, and some progresses have been made by updating the link function between different stress levels. We also explain how to renew and apply our model. Moreover, discussions have been made about the performance.     

航空发动机污染物排放量估算方法

借助发动机性能模型,研究了发动机性能退化对氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(UHC)与碳烟颗粒(Soot)排放的影响,提出了基于飞行参数与发动机性能模型的污染物排放总量估算方法。利用ICAO排放数据拟合得到发动机地面状态下的参考排放指数,利用相对法模型得到飞行状态下的排放指数,根据航班飞行参数和发动机性能模型估算航班污染物排放总量。研究结果表明:性能退化对污染物的排放指数影响较大,仅考虑进对燃油消耗量的影响,性能退化对NOx排放总量的影响较小,但会引起CO、UHC与Soot排放总量的上升。执行中短途航班的双发民航飞机的NOx排放总量最高约为100kg,其次为CO,约为20kg,而UHC和Soot的排放总量较低,小于1kg。老化发动机的CO、UHC与Soot的排放总量增加约为10%,而NOx排放总量增加约为2%。     

翼吊发动机转子系统在大气紊流下的响应分析

针对翼吊发动机高空工作时受大气紊流影响这一现象,基于机翼气动弹性力学和转子动力学理论, 采用Dryden紊流模型作为大气速度模型,建立了翼吊发动机转子系统在大气紊流下的动力学模型,运用虚拟激励法对模型进行数值计算.结果表明:转子系统中各转盘站的位移响应功率谱密度变化趋势与大气紊流速度功率谱密度变化趋势基本相似,但在固有频率处会出现位移响应强度峰值;当角频率大于100 rad/s时,大气紊流引起的位移响应强度随着角频率的增大而减小,并且不可忽视转子系统本身特性对位移响应强度的影响.      

Residual Life Prediction Based on Nonlinear Fatigue Damage Accumulation Model

When a nonlinear fatigue damage accumulation model based on damage curve approach is used to get better residual life prediction results, it is necessary to solve the problem caused by the uncertain exponent of the model. Considering the effects of load interaction, the assumption that there is a linear dependence between the exponent ratio and the loading ratio is established to predict fatigue residual life of materials. Three experimental data sets are used to validate the rightness of the proposition. The comparisons of experimental data and predictions show that the predictions based on the proposed proposition are in good accordance with the experimental results as long as the parameters that represent the linear correlativity are set an appropriate value. Meanwhile, the accuracy of the proposition is approximated to that of an existing model. Therefore, the proposition proposed in this paper is reasonable for residual life prediction.     

沥青路面使用性能的双参数修正预测模型

为精确预测沥青路面使用性能,根据沥青路面性能曲线标准衰变方程中形状因子与寿命因子的敏感度不同,视形状因子为主要动态参数,采用改进参数自适应跟踪法进行预测,视寿命因子为交通轴载的函数,并对其进行修正,依据修正后的双参数建立了沥青路面使用性能双参数修正预测模型。计算结果表明:沥青路面使用性能双参数修正预测值和实测值最接近,误差最小,因此,该模型预测精度高。     

Method for Predicting Crack Initiation Life of Notched Specimen Based on Damage Mechanics

Based on the theory of damage mechanics, a method for fatigue crack initiation life prediction of notched components is proposed in this paper. The damage evolution equation of notched specimen under tensioncompression loading is obtained in term of closed-form solution. The crack initiation life of notched specimen is estimated by the proposed method even when material and stress concentration factor are different. It has been verified that the result calculated by the proposed method agrees with the experimental result. The proposed method is concise, effective and feasible to practical application.     

Stochastic Fatigue Life and Reliability Prediction Based on Residual Strength

A randomized approach is developed to solve a deterministic equation. The method uses random deterministic approach to achieve the fatigue life based on residual strength and S-N curve. We propose a oneto-one transformation method to deduce the distribution of fatigue life from the residual strength. The proposed method is simple and effective, and can be used for fatigue life prediction. An example is given to illustrate how the method works.     

机车柴油机凸轮磨损的数值模拟

基于离散数学理论和计算机技术,提出了一种数值模拟方法,以柴油机凸轮机构为研究对象,针对光面磨损失效形式,给出了数值模拟模型,提出了具体的算法方案并编写了通用程序,实现了磨损寿命的预测,为柴油机整机系统磨损过程数值模拟奠定了基础。     

机场复合道面剩余寿命预估方法

分别运用美国联邦航空局(FAA)基于弹性层状体系理论的道面设计方法(LEDFAA)、中国民用机场水泥混凝土道面设计方法(APDMC)与PCI衰变模型,建立了复合道面剩余寿命的预估方法,比较了3种方法的预估结果及其适用性。计算结果表明:3种预估方法确定的剩余寿命较为接近,最大偏差为3.2 a,最小偏差仅为0.1 a,引起偏差的原因在于不同预估模型采用的控制指标不同。基于LEDFAA设计方法的预估结果对土基模量很敏感,基于APDMC设计方法的预估结果对混凝土的弯拉强度非常敏感,而PCI能够全面地反映道面的使用性能,因此,在有足够历史数据的条件下,采用PCI衰变模型预估道面的剩余寿命。