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時(shí)間：2023-03-20 16:24:39
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關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī)；虛擬教學(xué)；三維仿真；人機(jī)交互
Key words： aero-engine；virtual learning；three-dimensional simulation；human-computer interaction
中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）11-0181-02
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作者簡(jiǎn)介：劉振俠（1963-），男，陜西西安人，教授，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)理論與工程。
0 引言
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是工業(yè)技術(shù)“皇冠上的明珠”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)起著戰(zhàn)略性的作用。隨著軍事需求、民用航空的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)日新月異，新的設(shè)計(jì)構(gòu)造不斷涌現(xiàn)。但是長(zhǎng)期以來(lái)，由于人才短缺、基礎(chǔ)薄弱等原因，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)始終與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家存在著較大的差距。因此，培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)人才對(duì)促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要。
實(shí)踐教學(xué)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)教學(xué)工作中的重要一環(huán)，對(duì)促進(jìn)學(xué)生了解發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)、理解相關(guān)理論知識(shí)起著重要作用。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括參觀發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)、進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)實(shí)驗(yàn)等。但是，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，難以觀測(cè)到內(nèi)部細(xì)致結(jié)構(gòu)；進(jìn)行一次航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)實(shí)驗(yàn)不僅花費(fèi)高昂，而且對(duì)操作者要求極高，只能由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員操作，學(xué)生的參與度很低；另外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)日新月異，教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以及時(shí)更新，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。
為了提高學(xué)生教學(xué)質(zhì)量，解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)教學(xué)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高昂等問(wèn)題，本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)相結(jié)合，建設(shè)了了航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)組成與功能
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)旨在建立數(shù)字化的三維虛擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的虛擬裝配，發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)臺(tái)實(shí)驗(yàn)仿真，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作原理及內(nèi)部流場(chǎng)展示等多個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生能夠通過(guò)這個(gè)虛擬空間觀看發(fā)動(dòng)機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)視、聽(tīng)、觸等感知行為去體驗(yàn)，學(xué)生能夠主動(dòng)操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的交互性與沉浸感。
如圖1所示，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件組成。硬件包括人機(jī)交互所用的傳感設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套、六自由度鼠標(biāo)、觸覺(jué)與力度反饋器等）、顯示設(shè)備（如頭盔、投影屏）、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器（包括高性能圖形工作站、立體聲音響）；支撐軟件包括對(duì)象模型生成軟件、虛擬視景軟件以及程序編輯平臺(tái)等。
通過(guò)軟硬件結(jié)合，航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)由發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配、模化實(shí)驗(yàn)、流場(chǎng)顯示等三個(gè)模塊的多種功能。
1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配模塊。學(xué)生能夠在全場(chǎng)景、沉浸式的虛擬環(huán)境下任意角度觀測(cè)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)各大部件及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)配戴數(shù)據(jù)手套實(shí)時(shí)交互地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)三維模型進(jìn)行虛擬裝配，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)和部件間的連接關(guān)系的認(rèn)識(shí)；
1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)?；虒W(xué)視景仿真模塊。此平臺(tái)可模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中內(nèi)部的運(yùn)行情況，利用視景仿真技術(shù)模擬渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外函道的流動(dòng)以及燃燒室和尾噴管的火焰現(xiàn)象，并能通過(guò)對(duì)油門(mén)桿的交互操作實(shí)現(xiàn)對(duì)這些動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的控制，可以使學(xué)生從視覺(jué)上對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作狀態(tài)有形象直觀的認(rèn)識(shí)；
1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)實(shí)驗(yàn)仿真模塊。能夠模擬能使發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)的操作過(guò)程，可以使學(xué)生了解發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)的具體步驟，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)試車(chē)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作能力；通過(guò)曲線歷程圖和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反映發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)的變化，加深對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理和氣動(dòng)特性的理解；提供發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)的立體音效和控制臺(tái)視景仿真，加強(qiáng)了系統(tǒng)的沉浸感；
1.4 流場(chǎng)顯示仿真模塊。能夠模擬發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)軌跡，可以使觀測(cè)者直觀了解如葉柵繞流等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其機(jī)理，加深對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課的認(rèn)識(shí)和理解，達(dá)到較好的教學(xué)效果。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
為了應(yīng)用相應(yīng)的軟硬件設(shè)備，完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足的需求與功能，采取了以下設(shè)計(jì)流程來(lái)完成系統(tǒng)的搭建，如圖2所示。
2.1 第一層為硬件層，主要由虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互系統(tǒng)、大屏幕立體顯示系統(tǒng)和小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成。其中小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括高端PC工作站、VR專(zhuān)業(yè)三維立體圖形發(fā)生器、紅外立體眼鏡及播放器組成和CRT彩色顯示器組成。而人機(jī)交互系統(tǒng)包括由六自由度三維空間立體鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等組成。其中六自由度立體鼠標(biāo)可實(shí)現(xiàn)x、Y、z三個(gè)方向上的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)功能；而數(shù)據(jù)手套可以真實(shí)地模擬人手的裝配動(dòng)作和觸覺(jué)感應(yīng)。大屏幕立體顯示系統(tǒng)由投影儀、立體轉(zhuǎn)換器、硬幕、偏振片和偏振立體眼鏡組成。
2.2 第二層為硬件接口層，主要用于獲取六自由度三維空間鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等的虛擬裝配環(huán)境結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，設(shè)定立體眼睛雙目視覺(jué)間隔參數(shù)等。
2.3 第三層為3D模型層，首先可利用Creator、CAD等建模工具，采用體素法、輪廓掃描法和實(shí)體掃描等方法建立幾何模型，對(duì)物體的形狀、位置、大小等幾何信息，以及發(fā)動(dòng)機(jī)各部件間連接關(guān)系等拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行描述，獲得物體重心、表面積、體積、密度、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等幾何、物理參數(shù)。
2.4 第四層為支持工具層，在本例中為VEGA虛擬環(huán)境開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)行于vC++6.O工作平臺(tái)，它提供了大量的處理窗口、環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)虛擬動(dòng)作的函數(shù)。
2.5 第五層為驅(qū)動(dòng)層，包括數(shù)據(jù)手套、六自由度三維空間鼠標(biāo)、位置跟蹤器、立體顯示設(shè)備等的驅(qū)動(dòng)程序。
2.6 第六層為應(yīng)用層，可采用vc++6.O開(kāi)發(fā)出面向用戶(hù)的友好的虛擬裝配環(huán)境。最終用戶(hù)并不需要了解繁瑣的函數(shù)調(diào)用和硬件接口，只需通過(guò)空間立體鼠標(biāo)、力反饋數(shù)據(jù)手套等輸入裝配控制指令，并通過(guò)立體眼鏡、頭盔顯示器等設(shè)備觀看到實(shí)時(shí)的裝配效果。
3 系統(tǒng)應(yīng)用與前景
航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方法設(shè)備更新困難、試驗(yàn)費(fèi)用高昂等問(wèn)題，突破了傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性，有效地推動(dòng)了教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新。通過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，系統(tǒng)有效提高了專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，將我國(guó)航空動(dòng)力專(zhuān)業(yè)的教學(xué)工作推上了一個(gè)新的臺(tái)階。同時(shí)，虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的思想在土木建筑、軍事教育、醫(yī)學(xué)教學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著計(jì)算機(jī)與多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)必將突破傳統(tǒng)教學(xué)方式得到廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī)；燃油系統(tǒng)；數(shù)字電子控制；計(jì)劃
Key words: aero-engine；fuel system；digital electronic control；plan
中圖分類(lèi)號(hào)：V233文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）17-0023-02
0引言
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)用來(lái)供給發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室和加力燃燒室的燃油，數(shù)子電子控制時(shí)，工況燃油流量受電子控制器控制，并要求其在所有工作狀態(tài)下，保證供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油并自動(dòng)調(diào)節(jié)供入發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室所需的燃油量。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，液壓機(jī)械備份調(diào)節(jié)系統(tǒng)可平穩(wěn)同步接替數(shù)控系統(tǒng)工作自動(dòng)調(diào)節(jié)主燃油流量。
1調(diào)節(jié)規(guī)律實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)大都為雙轉(zhuǎn)子，且多為全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)。為了保持左、右發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性，討論發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)演示驗(yàn)證樣機(jī)采用的調(diào)節(jié)規(guī)律跟原液壓機(jī)械調(diào)節(jié)規(guī)律基本一致。
1.1 穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃見(jiàn)表1。當(dāng)?shù)蛪恨D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1
1.2 過(guò)渡態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃
1.2.1 起動(dòng)控制
2主燃油供油裝置控制回路分析
圖1為某型數(shù)控發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油控制邏輯原理圖。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)在工作時(shí)，電子控制器將理論上計(jì)算的燃油流量對(duì)應(yīng)的隨動(dòng)活塞位置電信號(hào)輸出到電液伺服閥，通過(guò)電液伺服閥來(lái)控制隨動(dòng)活塞的位置，隨動(dòng)活塞的位置由LVDT反饋給電子控制器，這樣便構(gòu)成閉環(huán)回路。當(dāng)兩者有差值時(shí)就繼續(xù)輸出信號(hào)直止驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)活塞到給定位置，通過(guò)改變斜盤(pán)角度來(lái)控制燃油流量。圖2給出了高壓可變柱塞泵在不同轉(zhuǎn)速下，LVDT電量與燃油流量、高壓可變柱塞泵轉(zhuǎn)速之間的二維關(guān)系曲線。
由圖2中曲線可看出，在高壓可變柱塞泵轉(zhuǎn)速一定的情況下，燃油流量隨LVDT電量的增加而增大；當(dāng)LVDT電量一定時(shí)，隨著柱塞泵轉(zhuǎn)速的增加，燃油流量也在增大。從發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況來(lái)看，柱塞泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子經(jīng)多級(jí)減速后而帶轉(zhuǎn)，其減速比為定值2.561，柱塞泵轉(zhuǎn)速的大小也代表著高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小。當(dāng)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所需的熱能也要增大即燃油流量在增大。從該曲線可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較好的控制。
參考文獻(xiàn)：
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一、引言
20世紀(jì)以來(lái)，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷突破，其性能得到了很大的提高。與此同時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各相關(guān)成本也在節(jié)節(jié)攀升，而且在與其性能權(quán)衡的過(guò)程中逐步凸顯出來(lái)，成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
全壽命周期成本（Life Cycle Cost，
LCC）最早是由美國(guó)國(guó)防部提出的，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，LCC是指政府或者其他機(jī)構(gòu)在項(xiàng)目的全壽命周期內(nèi)所花費(fèi)的全部支出，這里所提到的全壽命周期一般包括研制、生產(chǎn)和維護(hù)、棄置三個(gè)階段。LCC的提出為我們進(jìn)行成本管理提供了一個(gè)新的思路，它的作用至少體現(xiàn)在以下方面：（1）評(píng)價(jià)競(jìng)爭(zhēng)項(xiàng)目；（2）尋找成本驅(qū)動(dòng)因素，降低成本；（3）更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)詳細(xì)成本；（4）權(quán)衡性能與成本。這四個(gè)方面的作用都要以LCC的估算為基礎(chǔ)。
本文試圖以作業(yè)成本法的思想為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的研究成果，提出一種新的LCC估算思路，以此改進(jìn)現(xiàn)有的LCC估算方法。
二、文獻(xiàn)回顧
美國(guó)國(guó)防部于20世紀(jì)60年代中期提出了“LCC”的概念，在此之后，包括武器裝備在內(nèi)的產(chǎn)品或系統(tǒng)的LCC估算模型和方法獲得了廣泛的研究。從國(guó)外的情況來(lái)看，這些研究主要是集中于美國(guó)的一些研制單位和研究機(jī)構(gòu)，比如蘭德（Rand）公司、美國(guó)國(guó)防分析研究所（Institute for Defense Analysese，IDA）、美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）等。最早提出的方法是參數(shù)估算法（Parametric），它是以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)LCC進(jìn)行估算的，運(yùn)用該方法可以在項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)階段對(duì)項(xiàng)目的LCC進(jìn)行估算。J.R.Nelson（1978）在《航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的全壽命周期成本》一文中提到了蘭德公司提出的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的LCC估算模型，這個(gè)模型便是參數(shù)估算模型的一種，它是蘭德公司在研究了美國(guó)29種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)以后所建立的，模型中用到了推重比、渦輪進(jìn)口溫度和耗油率等參數(shù)。與參數(shù)估算法幾乎同一時(shí)間出現(xiàn)的還有類(lèi)推估算法（Analogous），這種方法是以參照發(fā)動(dòng)機(jī)的LCC為基礎(chǔ)來(lái)估算新研制發(fā)動(dòng)機(jī)的LCC。Boehm（1981）在《軟件工程經(jīng)濟(jì)》一文中提到了類(lèi)推成本估算法，這種方法簡(jiǎn)單易行，通常也用于項(xiàng)目的早期階段，但其估算結(jié)果很大程度上取決于新研制發(fā)動(dòng)機(jī)與參照發(fā)動(dòng)機(jī)的相似性。隨著項(xiàng)目的逐步推進(jìn)，詳細(xì)的工程分析得以進(jìn)行，這便為“自下而上（Bottom-up）”估算法的提出創(chuàng)造了條件。這種方法也被稱(chēng)為工程估算法，它是利用工程分解結(jié)構(gòu)自下而上地逐項(xiàng)計(jì)算成本，將整個(gè)項(xiàng)目在壽命周期內(nèi)的所有成本單元累加起來(lái)得出LCC的估計(jì)值。以上提到的三種方法是較為傳統(tǒng)的方法，R.Curran（2004）等人在《航空工程成本模型回顧：遺傳因果關(guān)系的方法》一文中對(duì)近些年來(lái)所提出的一些新的方法作了闡述，包括基于特征建模法（Feature-based modelling）、模糊邏輯法（Fuzzy logic）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（Neural networks）、不確定性法（Uncertainty）、數(shù)據(jù)挖掘法（Data mining）。除了美國(guó)學(xué)者在這方面所作出的貢獻(xiàn)外，英國(guó)南安普頓大學(xué)的S.V.Tammineni（2009）等人提出了基于知識(shí)的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的成本建模方法，這也是一種較為新穎的方法。
國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚，較早對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究的是李屹輝（2000），在其碩士論文《軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命費(fèi)用分析研究》中，李屹輝構(gòu)建了航空發(fā)動(dòng)機(jī)在壽命周期各個(gè)階段的成本估算模型，但由于數(shù)據(jù)較難搜集，沒(méi)能確定模型中變量的系數(shù)。在這之后，很多學(xué)者將研究的重點(diǎn)放在了研制成本的估算上，比如徐哲、劉榮（2005）用偏最小二乘回歸法來(lái)估算武器裝備的研制成本，楊梅英、沈梅子（2006）用灰色組合模型來(lái)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成本，但這兩篇文章所用的數(shù)據(jù)都是美國(guó)的。也有學(xué)者由于數(shù)據(jù)較難搜集轉(zhuǎn)而提出一些成本估算的框架，比如尹峰、劉勁松（2006）在《發(fā)動(dòng)機(jī)研制費(fèi)用的測(cè)算》一文中以工程估算法為基礎(chǔ)構(gòu)建了成本要素框架，譚云濤、郭波（2007）提出了基于CAIV的航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能與費(fèi)用的綜合權(quán)衡模型框架。除了以上提到的參數(shù)估算法和工程估算法，周琦、李震模（1999）用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制成本進(jìn)行了估算?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的研究由于數(shù)據(jù)搜集問(wèn)題較難開(kāi)展。
從國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，不論是傳統(tǒng)的估算方法，還是較新的估算方法，都有一個(gè)共同的缺陷——細(xì)化程度不夠，成本估算以主要性能參數(shù)為輸入，直接以LCC為輸出，不能對(duì)成本形成的原因進(jìn)行識(shí)別和控制。本文試圖在性能參數(shù)和LCC之間架起“作業(yè)”的橋梁，以便更加準(zhǔn)確地估算LCC和更好地進(jìn)行成本控制。
三、基于作業(yè)成本法的航空發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命周期成本估算
（一）作業(yè)成本法
作業(yè)成本法（activity-based c-
osting，ABC）的基本思想最早由美國(guó)會(huì)計(jì)學(xué)者科勒在20世紀(jì)30年代末40年代初提出，隨著間接費(fèi)用在產(chǎn)品總成本中的份額越來(lái)越大，傳統(tǒng)的成本核算方法逐漸露出弊端，作業(yè)成本法應(yīng)運(yùn)而生。這種方法以作業(yè)為間接費(fèi)用歸集對(duì)象，通過(guò)資源動(dòng)因的確認(rèn)、計(jì)量，將資源費(fèi)用歸集到作業(yè)上，再通過(guò)作業(yè)動(dòng)因的確認(rèn)、計(jì)量，將作業(yè)成本歸集到產(chǎn)品上，其流程如圖1所示。
（Nanjing Jincheng College of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211156，China）
摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠的快速起動(dòng)是保證其順利進(jìn)入正常工作的前提，發(fā)動(dòng)機(jī)在地面和高空起動(dòng)特點(diǎn)各不相同，在對(duì)起動(dòng)過(guò)程的模擬研究中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)地面與高空起動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析是極為重要的先決條件。
Abstract: The quick, safe and reliable starting of aircraft engine is the premise to ensure the smooth entry into work. The characteristics of engine starting at ground and in high altitude are different. In the simulation study process of starting, the depth analysis of the characteristics at ground and high altitude is the extremely important prerequisite.
關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 起動(dòng)特性 地面起動(dòng) 高空起動(dòng)
Key words: aircraft engine；starting characteristics；ground starting；high altitude starting
中圖分類(lèi)號(hào)：TK44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）15-0034-02
0引言
根據(jù)不同需求，航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程可分為兩種[1]：地面起動(dòng)和空中起動(dòng)。地面起動(dòng)即發(fā)動(dòng)機(jī)在地面從靜止的停車(chē)狀態(tài)加速到慢車(chē)狀態(tài)的過(guò)程，空中起動(dòng)即發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)再點(diǎn)火起動(dòng)加速到慢車(chē)狀態(tài)的過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)可靠、快速的起動(dòng)過(guò)程對(duì)保證軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)效能至關(guān)重要，起動(dòng)性能的好壞是衡量航空發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
1發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程概述
1.1 地面起動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)從零轉(zhuǎn)速加速到慢車(chē)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱(chēng)為起動(dòng)過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)在地面起動(dòng)時(shí)必須依靠外界動(dòng)力源，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候沒(méi)有空氣流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)，如果向燃燒室噴油點(diǎn)火只能將發(fā)動(dòng)機(jī)燒損而轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。只有達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，燃燒室內(nèi)的氣流才能建立起穩(wěn)定燃燒所需要的氣流壓力和溫度，因此發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)必須依靠起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起動(dòng)包含以下三個(gè)階段[3]，如圖1所示。
圖1中，M■為起動(dòng)機(jī)的扭矩，M■為渦輪扭矩，M■為壓氣機(jī)扭矩，η■為帶動(dòng)附件及克服摩擦的效率，M■/η■為起動(dòng)過(guò)程的阻力矩。
第一階段：在未向燃燒室供油時(shí)，起動(dòng)機(jī)功率輸出軸帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到接近點(diǎn)火轉(zhuǎn)速n1。第二階段：在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃燃油，渦輪產(chǎn)生功率。當(dāng)渦輪的扭矩恰好等于阻力矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n■■稱(chēng)為最小平衡轉(zhuǎn)速。按理，當(dāng)n>n■■后，M■>M■/η■，發(fā)動(dòng)機(jī)可獨(dú)自起動(dòng)。但為了安全可靠地起動(dòng)，通常在這一階段起動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作，輔助渦輪將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速帶至大約是（1~2）倍最小平衡轉(zhuǎn)速（接近n2）。第三階段：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到n2時(shí)，渦輪產(chǎn)生的功率已經(jīng)明顯大于壓氣機(jī)所消耗的功率，在控制系統(tǒng)作用下起動(dòng)機(jī)脫開(kāi)與發(fā)動(dòng)機(jī)高壓軸的聯(lián)接，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠渦輪的剩余扭矩將發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)自從n2加速到慢車(chē)轉(zhuǎn)速ni。
1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)高空起動(dòng)過(guò)程航空發(fā)動(dòng)機(jī)在空中工作時(shí)，由于種種原因可能造成空中停車(chē)，這時(shí)需要重新起動(dòng)。典型的發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)包線圖如圖2所示[4]?？罩衅饎?dòng)與地面起動(dòng)不同。按起動(dòng)初始轉(zhuǎn)速劃分，高空起動(dòng)分兩種類(lèi)型：起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)起動(dòng)和風(fēng)車(chē)點(diǎn)火起動(dòng)。飛機(jī)在高空飛行時(shí)，受進(jìn)口氣流影響，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子可維持一定的初始轉(zhuǎn)速。當(dāng)初始轉(zhuǎn)速足夠高時(shí)（大于某一轉(zhuǎn)速n1），可直接點(diǎn)火起動(dòng)；否則，飛機(jī)需要借助俯沖或起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)來(lái)提高核心機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后方可點(diǎn)火起動(dòng)。
2發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)特點(diǎn)分析
2.1 低溫起動(dòng)在平原地區(qū)，大氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有著很大的影響。在嚴(yán)寒季節(jié)，大氣溫度很低，燃料的粘度增大，揮發(fā)性不好，霧化和汽化的質(zhì)量也變差，因而在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生火源和形成穩(wěn)定火焰的條件都變差。一般來(lái)說(shuō)，大氣溫度降低到-30℃時(shí)，起動(dòng)點(diǎn)火裝置尚能產(chǎn)生穩(wěn)定的點(diǎn)火源，但是，燃料系統(tǒng)噴出的燃料所形成的混合氣，被點(diǎn)火源點(diǎn)燃和形成穩(wěn)定火焰所需要的時(shí)間，卻隨著大氣溫度的降低而增長(zhǎng)。這會(huì)使渦輪參加工作的時(shí)間推遲，起動(dòng)過(guò)程所需時(shí)間增長(zhǎng)。
同時(shí)，由于大氣溫度降低，大氣密度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量增大，壓氣機(jī)消耗功率隨之增大；大氣溫度降低，會(huì)使滑油變稠，摩擦力矩也隨之增大。在起動(dòng)機(jī)功率不變的條件下，起動(dòng)過(guò)程第一、二階段的剩余功率將會(huì)減少，起動(dòng)的可靠程度隨著大氣溫度的降低而變差。有時(shí)甚至出現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程的某個(gè)轉(zhuǎn)速下，剩余功率等于零而造成“冷懸掛”現(xiàn)象。
2.2 高溫起動(dòng)在炎熱季節(jié)，大氣溫度較高，一般來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)比較容易起動(dòng)。但是，大氣溫度過(guò)高時(shí)，空氣密度低，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣質(zhì)量流量小，起動(dòng)過(guò)程中容易形成混合氣富油，渦輪前溫度高，可能引起壓氣機(jī)進(jìn)入氣動(dòng)不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)果出現(xiàn)渦輪前溫度高而轉(zhuǎn)速停止增加的“熱懸掛”現(xiàn)象。
此外，某些發(fā)動(dòng)機(jī)，在大氣溫度較高的條件下（如30℃以上）再次起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)不久，燃燒室內(nèi)的壁溫仍然較高，流經(jīng)燃燒室的空氣受熱膨脹，密度較小，這時(shí)，起動(dòng)的燃料就嫌過(guò)多，以至于混合氣過(guò)于富油，不能被電嘴產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃，不能形成點(diǎn)火源，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)。因此，在大氣溫度較高的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后，應(yīng)該對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充分的冷卻，以利于發(fā)動(dòng)機(jī)再次起動(dòng)[4]。
2.3 高原起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，先由電動(dòng)機(jī)起動(dòng)燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)，再由燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)駐高原機(jī)場(chǎng)，空氣稀薄，進(jìn)入燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量減小，燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都將減小，起動(dòng)過(guò)程中的剩余功率減小，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度減小，特別是起動(dòng)第一階段，有可能起動(dòng)機(jī)功率不足以帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速以上，至少加速度會(huì)減小，延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間。同時(shí)，由于高原地區(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量小，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)可靠，需要調(diào)整起動(dòng)供油量。如果起動(dòng)供油量沒(méi)有同空氣流量成比例地減小，例如發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量減小很多，起動(dòng)供油量減小得很少，就會(huì)在燃燒室內(nèi)形成富油燃燒，使渦輪參與工作早，排氣溫度上升快、數(shù)值高[4]。
當(dāng)供油量調(diào)整不當(dāng)時(shí)，對(duì)燃燒室混合氣的余氣系數(shù)和渦輪前燃?xì)鉁囟鹊挠绊戄^大，易發(fā)生轉(zhuǎn)速懸掛。如果起動(dòng)過(guò)程中，壓氣機(jī)發(fā)生輕微失速，引起壓氣機(jī)需用功率增大，也極有可能發(fā)生轉(zhuǎn)速懸掛。
3發(fā)動(dòng)機(jī)高空起動(dòng)特點(diǎn)分析
與地面起動(dòng)相比，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的空中起動(dòng)有一些不同的特點(diǎn)。具體如下：
3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)一般不需要起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)[5]發(fā)動(dòng)機(jī)在空中停車(chē)后，其轉(zhuǎn)子在迎面氣流的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。雖然壓氣機(jī)和渦輪都處于遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)點(diǎn)的工作條件，具有非常低的效率，但仍然可以建立起穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即“風(fēng)車(chē)”狀態(tài)。在噴管未臨界時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車(chē)狀態(tài)轉(zhuǎn)速僅取決行馬赫數(shù)，隨著飛行馬赫數(shù)的增加，風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速增加，噴口達(dá)到臨界后，發(fā)動(dòng)機(jī)換算轉(zhuǎn)速保持不變，而物理轉(zhuǎn)速卻隨著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度的增加而增加，風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速一般為50%~70%，在轉(zhuǎn)速低的情況下，由于進(jìn)口來(lái)流滯止造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力增加很多，使渦輪中的壓降增大，平衡轉(zhuǎn)速n■■明顯降低，因此空中起動(dòng)一般不需要起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)。
3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)在高空熄火情況下再起動(dòng)，并不一定處在完全風(fēng)車(chē)狀態(tài)[6]由文獻(xiàn)[6]得知，發(fā)動(dòng)機(jī)在高空遭遇空中停車(chē)后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速降低，需要立即點(diǎn)火重新起動(dòng)。如果錯(cuò)過(guò)最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)下限轉(zhuǎn)速（15%）時(shí)，由于燃燒室進(jìn)口氣流速度較低，不利于燃油霧化，將給燃燒室重新點(diǎn)火帶來(lái)很大困難。此時(shí)，需要借助飛機(jī)俯沖或起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)來(lái)提高核心機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后方可點(diǎn)火起動(dòng)。
3.3 空中點(diǎn)火條件差點(diǎn)火隨著高度的增加變得愈加困難，隨著高度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度和壓力降低，空氣密度減小，渦輪剩余扭矩減小，而燃燒室進(jìn)口氣流速度增加，給點(diǎn)火造成了很大困難。另一方面，由于壓氣機(jī)出口壓力相當(dāng)?shù)?，使得起?dòng)點(diǎn)火條件惡化，燃燒室內(nèi)穩(wěn)定工作的余氣系數(shù)α的變化范圍大大縮小，甚至不能點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的混合氣，這使得高空起動(dòng)時(shí)點(diǎn)燃的范圍非常狹窄。由此可見(jiàn)，在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)從自轉(zhuǎn)可靠地起動(dòng)只是在一定的（對(duì)每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言）飛行高度即空中起動(dòng)邊界以下，并且是在比較狹小的飛行速度范圍之內(nèi)才有可能，飛行速度范圍的下限是由發(fā)動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)時(shí)不大的轉(zhuǎn)速所限制，而其上限則被惡劣的主燃燒室點(diǎn)火條件以及復(fù)雜的起動(dòng)供油規(guī)律等所限制。
因此，在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)突然遭遇空中停車(chē)，或短時(shí)間被迫停車(chē)（例如為了消除壓氣機(jī)中氣流的嚴(yán)重分離而被迫停車(chē)）等情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)之前，即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還沒(méi)有大幅度下降的情況下就點(diǎn)火，并向燃燒室供應(yīng)必須的燃油量，將使航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)的程度大為提高，但如果錯(cuò)過(guò)最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)下限轉(zhuǎn)速時(shí)，則需要借助飛機(jī)俯沖或起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)來(lái)提高核心機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后方可點(diǎn)火起動(dòng)。
4結(jié)語(yǔ)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面與高空起動(dòng)特點(diǎn)各不相同，在對(duì)每種起動(dòng)特點(diǎn)分析透徹后，將對(duì)研究整個(gè)起動(dòng)過(guò)程起到關(guān)鍵性的作用。
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[3]周文祥.航空發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯?南京：南京航空航天大學(xué)博士論文，2006.9.
1 引言
發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，氣流會(huì)沿壓氣機(jī)軸向發(fā)生低頻率高振幅的氣流震蕩，這種震蕩會(huì)帶動(dòng)壓氣機(jī)的葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，使葉片在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞或斷裂，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)流道受損，嚴(yán)重導(dǎo)致報(bào)廢。所以消喘系統(tǒng)的完好性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)工作原理
2.1 消喘系統(tǒng)的功用
發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)能自動(dòng)退出喘振狀態(tài)，所采取的措施如下：（1）短時(shí)間接通消喘系統(tǒng)的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)高壓壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向器葉片；（2）增大尾噴口臨界截面積；（3）接通遭遇起動(dòng)，隨后恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)原來(lái)的工作狀態(tài)。
2.2消喘系統(tǒng)的組成
（1）綜合調(diào)節(jié)器。綜合調(diào)節(jié)器防喘保護(hù)通道的功用是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振和超溫時(shí)，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油通道和幾何通道，來(lái)消除發(fā)動(dòng)機(jī)喘振和超溫，并將發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原穩(wěn)定狀態(tài)。（2）空氣壓力受感部?？諝鈮毫κ芨胁拷邮崭邏簤簹鈾C(jī)后的空氣總壓（P02）和靜壓（P2），并把空氣總壓和靜壓輸送到喘振信號(hào)器。安裝位置在高壓壓氣機(jī)九級(jí)整流葉片中間的通道內(nèi)。（3）喘振信號(hào)器。喘振信號(hào)器為變壓器式，測(cè)量壓差工作范圍0.1～2.2f/2。測(cè)量壓差PCK的數(shù)值和符號(hào)，并向防喘保護(hù)裝置傳輸電信號(hào)。安裝位置在外涵道前機(jī)匣上。（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)接收喘振信號(hào)，完成一系列消喘動(dòng)作。
2.3 消喘系統(tǒng)電氣附件工作過(guò)程
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振征兆時(shí)，喘振信號(hào)器的輸出電壓發(fā)生變化，該輸出電壓被傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的防喘保護(hù)裝置。
喘振信號(hào)器的輸出電壓有兩個(gè)分量：正比于壓差平均值PCK1的不變分量和正比于壓力脈動(dòng)PCK2的交變分量。在防喘保護(hù)裝置內(nèi)，按照PCK1和PCK2來(lái)測(cè)量輸出電壓。
如果高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n2
在解除“К1”指令后，“К1”指令在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)自動(dòng)器內(nèi)保持（8±1.6）秒。當(dāng)n2
2.4消喘系統(tǒng)機(jī)械液壓部分工作過(guò)程
2.4.1噴管臨界截面面積重調(diào)機(jī)構(gòu)的工作
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)消除喘振系統(tǒng)工作時(shí)，油泵調(diào)節(jié)器輸出定壓油信號(hào)，該定壓油作用在噴管重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞下腔?；钊谟蛪毫ψ饔孟拢朔椈闪?dòng)傳動(dòng)撥桿上移，由于傳動(dòng)撥桿與差動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪軸不在一個(gè)平面內(nèi)，使傳動(dòng)撥桿繞齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)差動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)帶誤差凸輪的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并使誤差凸輪也轉(zhuǎn)動(dòng)，誤差凸輪杠桿再帶動(dòng)分油活門(mén)襯筒上移，打開(kāi)活塞上腔的回油路，使分油活門(mén)上移，開(kāi)大噴管臨界截面面積，增大發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。
2.4.2高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作
當(dāng)消除喘振系統(tǒng)工作時(shí)，電磁活門(mén)通電，定壓活門(mén)來(lái)油輸入到高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片重調(diào)器重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞右腔，使活塞左移，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)分油活門(mén)右移，作動(dòng)筒活塞左腔來(lái)油，右腔回油，作動(dòng)筒活塞右移，使導(dǎo)流葉片朝減小發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量方向轉(zhuǎn)動(dòng)，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作裕度。當(dāng)電磁活門(mén)斷電時(shí)，電磁活門(mén)切斷定壓活門(mén)的來(lái)油，重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞在彈簧力作用下，恢復(fù)到原工作狀態(tài)。
3故障定位及原因分析
某日某單位，發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車(chē)檢查消喘系統(tǒng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2由85.7%下降到44.2%，渦輪后溫度下降180℃，經(jīng)過(guò)約13秒鐘后發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)恢復(fù)正常。進(jìn)行主泵調(diào)節(jié)器放氣，經(jīng)多次檢查故障現(xiàn)象未消失。
分析故障原因有以下幾種可能性：
3.1綜合調(diào)節(jié)器故障
綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號(hào)后，向電磁活門(mén)發(fā)出周期性指令：接通1.5±0.2秒，斷開(kāi)0.5±0.2秒。由于綜合調(diào)節(jié)器質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致發(fā)出消喘指令持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)問(wèn)題，電磁活門(mén)接通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)切油過(guò)深。
3.2主泵調(diào)節(jié)器故障
主泵調(diào)節(jié)器液壓繼電器從結(jié)構(gòu)上保證當(dāng)切油時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)切斷齒輪泵后高壓燃油通往主燃油分配器油路，避免發(fā)動(dòng)機(jī)因切油時(shí)間過(guò)常停車(chē)。綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號(hào)后，向電磁活門(mén)發(fā)出周期性工作指令。液壓繼電器時(shí)間調(diào)整層板節(jié)流器依據(jù)本身流量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)切油時(shí)間長(zhǎng)短。如果層板節(jié)流器堵塞或者液壓繼電器分油柱塞卡滯，運(yùn)動(dòng)不靈活將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因切油時(shí)間過(guò)深而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)。
3.3燃油分配器故障
油泵調(diào)節(jié)器中的定壓活門(mén)的油液通往分配器活門(mén)右邊，放油斷流活門(mén)左移，切斷了分配器活門(mén)右邊回油路，因而有壓力升高，分配器活門(mén)左移切斷了通往主、副輸油圈的油路，燃燒室供油中斷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)消失時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)活門(mén)退出工作，切斷了油泵調(diào)節(jié)器定壓活門(mén)通往分配器活門(mén)右邊的油路，放油斷流活門(mén)在左邊彈簧力作用下右移，打開(kāi)分配器活門(mén)右邊的回油路，分配器活門(mén)右邊壓力下降，在其左邊油壓作用下右移，打開(kāi)了通往主副輸油圈的油路，恢復(fù)向燃燒室的供油。
外場(chǎng)先后更換綜合調(diào)節(jié)器、主泵調(diào)節(jié)器后，地面試車(chē)檢查故障現(xiàn)象再現(xiàn)，說(shuō)明該故障不是由二者引起。后更換燃油分配器后地面試車(chē)檢查消喘系統(tǒng)正常，確定該故障是由燃油泵分配器故障引起的。
4結(jié)語(yǔ)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為“工業(yè)之花”，它直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，是一個(gè)國(guó)家科技、工業(yè)和國(guó)防實(shí)力的重要表現(xiàn)。而發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的每個(gè)分系統(tǒng)也都直接的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，所以消喘系統(tǒng)也是保證發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)以及駕駛?cè)藛T安全性的重要組成部分。本論文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)進(jìn)行了原理上的講解以及結(jié)合具體故障對(duì)涉及該系統(tǒng)的各個(gè)附件進(jìn)行了分析，為以后遇到此類(lèi)故障提供了排故思路，也為以后其他型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。
一、模擬的類(lèi)型
1.模擬的基本類(lèi)型
模擬是以科學(xué)技術(shù)理論與實(shí)踐為基礎(chǔ)，在一定環(huán)境與條件下，將研究對(duì)象用其它手段進(jìn)行模仿的一種實(shí)驗(yàn)方法。該方法不直接涉及研究對(duì)象固有的現(xiàn)象與過(guò)程本身，而是設(shè)計(jì)一個(gè)和該現(xiàn)象與過(guò)程相似的模型，并通過(guò)該模型間接地呈現(xiàn)出該現(xiàn)象與過(guò)程。模擬實(shí)驗(yàn)的目的主要是便于經(jīng)濟(jì)地檢驗(yàn)、驗(yàn)證、再現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)或揭示該現(xiàn)象與過(guò)程的特征、演變規(guī)律與內(nèi)在機(jī)制。
模擬的基本類(lèi)型有物理模擬與計(jì)算機(jī)模擬。
物理模擬是制作和某現(xiàn)象與過(guò)程相似的物理模型，并對(duì)該模型研究，獲取該現(xiàn)象與過(guò)程的特征。
計(jì)算機(jī)模擬是利用計(jì)算機(jī)對(duì)某現(xiàn)象與過(guò)程進(jìn)行求解、分析、判斷以及圖像顯示等，得出該現(xiàn)象與過(guò)程的特征。計(jì)算機(jī)模擬有模型模擬和統(tǒng)計(jì)模擬兩種基本方法。
2.模擬實(shí)驗(yàn)方法的進(jìn)展特征
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)許多航空航天系統(tǒng)有越來(lái)越嚴(yán)格的性能要求[4-7]。為探索性能的未知特性，實(shí)時(shí)評(píng)估與預(yù)測(cè)性能退化軌跡，科學(xué)技術(shù)研究已經(jīng)從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)、從線性發(fā)展到非線性、從確定性參數(shù)發(fā)展到不確定性參數(shù)、從不變性函數(shù)發(fā)展到多變性函數(shù)。面對(duì)這些新問(wèn)題，現(xiàn)有研究所采用的模擬實(shí)驗(yàn)方法取得了許多進(jìn)展。
以近年來(lái)航空航天技術(shù)領(lǐng)域的某些中文科技論文為案例，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，模擬實(shí)驗(yàn)方法的最新進(jìn)展以依賴(lài)問(wèn)題的屬性信息和現(xiàn)場(chǎng)信息為特征，旨在求解動(dòng)態(tài)、非線性、不確定性與多變性等復(fù)雜問(wèn)題，根據(jù)對(duì)問(wèn)題信息的依賴(lài)特征，將現(xiàn)有的模擬實(shí)驗(yàn)方法歸納為屬性依賴(lài)法與現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法。
二、屬性依賴(lài)法
屬性依賴(lài)法是基于屬性、目標(biāo)屬性與層次屬性等3個(gè)信息要素的模擬實(shí)驗(yàn)方法。
屬性是問(wèn)題的抽象刻畫(huà)，表示問(wèn)題的性質(zhì)與關(guān)系。性質(zhì)表示問(wèn)題的固有特征，關(guān)系表示不同問(wèn)題之間的性質(zhì)傳承與影響。
目標(biāo)屬性是期望得到的對(duì)問(wèn)題屬性的某種解答或認(rèn)知。
層次屬性是目標(biāo)屬性的分解，即將目標(biāo)屬性分解為若干個(gè)子屬性。若子屬性彼此獨(dú)立，則稱(chēng)為同層次子屬性;否則稱(chēng)為非同層次子屬性。層次按從低到高的順序分為多層，目標(biāo)屬性依賴(lài)于最高層子屬性，最高層子屬性依賴(lài)于次高層子屬性，依次類(lèi)推，直到最低層子屬性。
根據(jù)目標(biāo)屬性的不同，屬性依賴(lài)法又細(xì)分為同步進(jìn)化法與層次進(jìn)化法。
1.同步進(jìn)化法
同步進(jìn)化法是將問(wèn)題分解成低一層次的多個(gè)彼此獨(dú)立的子問(wèn)題，用基本模擬方法逐個(gè)解決各子問(wèn)題，最后融合出結(jié)果。這是一種化整為零、逐個(gè)擊破、同步進(jìn)化的方法。具體做法是，若目標(biāo)屬性是由多個(gè)低一層次的獨(dú)立子屬性綜合構(gòu)成，則可以根據(jù)各獨(dú)立子屬性的特征，進(jìn)行子屬性模擬，然后推斷各子屬性的模擬結(jié)果，使各子屬性由低層次同步進(jìn)化至高層次，獲得目標(biāo)屬性特征。
例如，揭示航空發(fā)動(dòng)機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)特征是相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。為此，文獻(xiàn)[7]綜合現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)，提出一種振動(dòng)耦合動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出系統(tǒng)非線性響應(yīng)，并在兩個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子模擬裝置上進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的吻合性。
在這個(gè)案例中，非線性響應(yīng)特征問(wèn)題被分解為2個(gè)同層次的子問(wèn)題，即理論建模計(jì)算與模態(tài)實(shí)驗(yàn)，2個(gè)子問(wèn)題解答的融合是將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析?？梢钥闯?，解決這2個(gè)子問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法分別是物理模擬和計(jì)算機(jī)模型模擬，經(jīng)過(guò)對(duì)2種模擬結(jié)果的對(duì)比檢驗(yàn)，最終推斷出航空發(fā)動(dòng)機(jī)非線性響應(yīng)的某些特征，為探索航空發(fā)動(dòng)機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)特征提供了新思路。
2.層次進(jìn)化法
層次進(jìn)化法是將問(wèn)題按屬性層次由低到高地分解成多個(gè)前后有聯(lián)系的子問(wèn)題，用基本模擬方法逐步解決各子問(wèn)題，最后直接得到結(jié)果。該方法的特點(diǎn)是化整為零、逐步擊破、依次進(jìn)化。具體做法是，若目標(biāo)屬性可以分解為多個(gè)彼此低一層次的關(guān)聯(lián)子屬性，則可以根據(jù)各子屬性的特征，按照設(shè)計(jì)好的步驟，依次進(jìn)行子屬性模擬，逐步使屬性由低層次向高層次進(jìn)化，逼近目標(biāo)屬性特征。
例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的可靠性、維護(hù)性和保障性有重要影響。但是，現(xiàn)有研究主要關(guān)注故障診斷算法的有效性，尚未有效驗(yàn)證故障檢測(cè)率、定位率與虛警率等指標(biāo)，從而無(wú)法定量評(píng)價(jià)故障診斷系統(tǒng)性能。這里的問(wèn)題是如何定量評(píng)價(jià)故障診斷系統(tǒng)性能?
為此，文獻(xiàn)[4]將問(wèn)題分解為混合卡爾曼濾波器組故障診斷理論，發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)和故障診斷實(shí)驗(yàn)等3個(gè)不同層次的子問(wèn)題。這3個(gè)層次的進(jìn)化關(guān)系為：(1)用計(jì)算機(jī)模型模擬方法構(gòu)建混合卡爾曼濾波器組，為發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)奠定理論模型基礎(chǔ);(2)基于理論模型，針對(duì)民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的4種故障，用物理模型模擬方法搭建發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)，為故障診斷實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ);(3)基于故障診斷系統(tǒng)，用統(tǒng)計(jì)模擬法評(píng)價(jià)出發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)性能的定量指標(biāo)值。
在該案例中，依次解決3個(gè)子問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法分別是計(jì)算機(jī)模型模擬、物理模型模擬和統(tǒng)計(jì)模擬，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)性能的定量評(píng)價(jià)，為工程實(shí)踐提供了重要依據(jù)。
三、現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法
現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法是基于時(shí)間序列和參數(shù)序列的模擬實(shí)驗(yàn)方法，時(shí)間序列和參數(shù)序列統(tǒng)稱(chēng)為序列。時(shí)間序列是將某現(xiàn)象的某一個(gè)指標(biāo)在不同時(shí)間上的各個(gè)數(shù)值按時(shí)間先后順序排列而形成的序列，序列中的信息與時(shí)間密切相關(guān)。參數(shù)序列是由某現(xiàn)象的某些特征值構(gòu)成的序列，序列中的信息與時(shí)間沒(méi)有關(guān)系。
現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法是指依賴(lài)于問(wèn)題真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息的一種模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特點(diǎn)是，在模擬實(shí)驗(yàn)中有現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息輸入、輸出與交流，可以及時(shí)矯正評(píng)估與預(yù)測(cè)結(jié)果。按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息特征，現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法可以細(xì)分為時(shí)間序列依賴(lài)法與參數(shù)序列依賴(lài)法。
1.時(shí)間序列依賴(lài)法
時(shí)間序列依賴(lài)法是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息的輸入時(shí)間序列來(lái)實(shí)施輸出序列運(yùn)行軌跡評(píng)估與預(yù)測(cè)的一種模擬實(shí)驗(yàn)方法。
不確定性的輸入時(shí)間序列干擾會(huì)導(dǎo)致輸出時(shí)間序列運(yùn)行軌跡發(fā)生未知的非線性與多變性演化，通過(guò)將外界的真實(shí)或模擬真實(shí)的時(shí)序干擾輸入模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，獲取輸出時(shí)間序列的演化響應(yīng)機(jī)制，及時(shí)預(yù)測(cè)與矯正其運(yùn)行軌跡，可以為真實(shí)航空航天系統(tǒng)的可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
例如，為揭示大氣阻力導(dǎo)致衛(wèi)星軌道衰減的機(jī)制，文獻(xiàn)[1]構(gòu)建了模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將地球扁率與大氣阻力攝動(dòng)影響作為輸入時(shí)間序列，通過(guò)模型模擬輸出軌道根數(shù)變化，獲取衛(wèi)星軌道高度衰減結(jié)果即輸出時(shí)間序列。其中，依賴(lài)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息是經(jīng)模擬改進(jìn)的用某衛(wèi)星高精度加速度儀測(cè)量得到的大氣密度數(shù)據(jù)。盡管熱層大氣密度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)、非線性、不確定性與多變性時(shí)序特征，模擬軌道序列與衛(wèi)星實(shí)際軌道序列仍然保持一致，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星運(yùn)行軌跡演變的新特性，研究成果具有創(chuàng)新性。
2.參數(shù)序列依賴(lài)法
參數(shù)序列依賴(lài)法是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息的輸入?yún)?shù)序列來(lái)實(shí)施輸出序列運(yùn)行軌跡評(píng)估與預(yù)測(cè)的一種模擬實(shí)驗(yàn)方法。
常見(jiàn)參數(shù)有剛度、阻尼、固有頻率、壓力、流量與溫度等，多種參數(shù)的組合構(gòu)成參數(shù)序列。模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的參數(shù)序列取值應(yīng)該與真實(shí)系統(tǒng)的參數(shù)序列保持一致，才能可信賴(lài)地實(shí)施輸出序列運(yùn)行軌跡評(píng)估與預(yù)測(cè)。
例如，文獻(xiàn)[8]的衛(wèi)星在軌微振動(dòng)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)，用物理模擬方法構(gòu)建出低頻彈性支撐裝置，揭示出自由邊界條件對(duì)衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)特征的影響機(jī)制，為提高衛(wèi)星在軌微振動(dòng)地面模擬實(shí)驗(yàn)精度奠定了基礎(chǔ)。其中，依賴(lài)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息是微振動(dòng)擾振，輸入?yún)?shù)序列為激振力參數(shù)，輸出序列為模擬衛(wèi)星彈性體的模態(tài)相應(yīng)。
四、結(jié) 語(yǔ)
基于科學(xué)技術(shù)問(wèn)題的屬性信息和現(xiàn)場(chǎng)信息特征，提出模擬實(shí)驗(yàn)的屬性依賴(lài)法與現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法，可以解決動(dòng)態(tài)、非線性、不確定性與多變性問(wèn)題，為模擬實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)展提供新思路。
模擬實(shí)驗(yàn)方法歸類(lèi)為科學(xué)技術(shù)研究方法論，合理運(yùn)用屬性依賴(lài)法與現(xiàn)場(chǎng)依賴(lài)法可以有效地驗(yàn)證或再現(xiàn)研究對(duì)象的表現(xiàn)，揭示其演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)某些未知特性。
科研：“我會(huì)再接再厲”
記：非常感謝曹教授能在百忙之中抽出時(shí)間接受我們采訪，希望這不會(huì)影響到您其他的工作安排。
曹：不必客氣，有什么問(wèn)題你們可以隨便提問(wèn)。
記：曹教授，我們知道您現(xiàn)在擔(dān)任哈工大航空學(xué)院的飛行器動(dòng)力學(xué)與控制團(tuán)隊(duì)責(zé)任教授以及動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室主任，目前主要從事航天器空間飛行器然后航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大型發(fā)電機(jī)等復(fù)雜機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的非線性耦合動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)控制方面的研究工作。請(qǐng)問(wèn)您是從什么時(shí)候開(kāi)始研究的，目前主要取得了哪些成績(jī)？
曹：2006年5月，我結(jié)束在英國(guó)蘭開(kāi)斯特大學(xué)的科研工作回國(guó)后，來(lái)到哈工大工作。此后，我就開(kāi)始從事轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，包括大型氣能發(fā)動(dòng)機(jī)組、大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)與穩(wěn)定性問(wèn)題的一些研究，并在轉(zhuǎn)子軸承的油膜力表征、帶葉片盤(pán)的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的非線性振動(dòng)、葉片機(jī)匣的碰摩力表征以及雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復(fù)合碰摩等方面都取得了一些成果。關(guān)于這方面的研究論文，主要發(fā)表在了英國(guó)《機(jī)械工程師會(huì)刊：工程摩擦學(xué)》、《摩擦學(xué)國(guó)際》、英國(guó)《聲與振動(dòng)》、美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)的《振動(dòng)與聲學(xué)》、《振動(dòng)與控制》和《國(guó)際機(jī)械科學(xué)》、《振動(dòng)與沖擊》、《力學(xué)季刊》、《航空動(dòng)力學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外知名學(xué)術(shù)刊物，同時(shí)還包括一些在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)會(huì)議上報(bào)告和交流的一些論文。
2008年，我參加了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“近空間飛行器關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”，并且主持了高超聲飛行器非線性耦合動(dòng)力學(xué)與熱彈性顫振控制相關(guān)的兩個(gè)培育項(xiàng)目，因此在機(jī)翼以及臂板顫振和控制方面也取得一些成果，提出了包含非線性反饋在內(nèi)的組合控制律，適用于不同飛行速度的遞進(jìn)式控制律，不同程度地提高了顫振的臨界速度。這些相關(guān)的成果發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)》、《非線性動(dòng)力學(xué)》、《國(guó)際聲與振動(dòng)雜志》等學(xué)術(shù)刊物上。
另外，在航天器研究方面，我從2010年開(kāi)始著手研究航天器的部件以及衛(wèi)星和火箭之間的隔振問(wèn)題，包括主動(dòng)隔振，被動(dòng)隔振，主被動(dòng)一體化的減振、隔振問(wèn)題，同時(shí)還主持了相關(guān)的減振/隔振的幾個(gè)項(xiàng)目。從研究思路來(lái)說(shuō)，我們主要是采取了電磁式的隔振器，包括這個(gè)現(xiàn)在用的很新的隔振平臺(tái)技術(shù)方面的工作，并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的隔振平臺(tái)，從而獲得了比較好的隔振效果。目前，這部分工作還正在開(kāi)展當(dāng)中。
實(shí)事求是地說(shuō)，這些年來(lái)我們的研究工作雖然已經(jīng)取得了一些成績(jī)，但有很多工作還需要深入研究，還需要進(jìn)一步努力，同時(shí)還要多跟國(guó)內(nèi)外的同行進(jìn)行交流。
記：說(shuō)到學(xué)術(shù)交流，我們知道您參加過(guò)很多國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)討論會(huì)，并作了很多重要的學(xué)術(shù)報(bào)告，給您印象最深刻哪次會(huì)議，會(huì)議起到哪些作用？
曹：是的，我確實(shí)受邀參加過(guò)很多國(guó)際會(huì)議，在這些國(guó)際會(huì)議中，我大多擔(dān)任分會(huì)場(chǎng)主席，主持討論。此外，我自己也組織過(guò)相關(guān)的國(guó)際會(huì)議。要說(shuō)印象最深刻的學(xué)術(shù)會(huì)議，我覺(jué)得2012年在北京召開(kāi)的第23屆國(guó)際理論與應(yīng)用力學(xué)大會(huì)（International Congress of Theoretical and Applied Mechanics，簡(jiǎn)稱(chēng)ICTAM）作為國(guó)際力學(xué)界最權(quán)威的學(xué)術(shù)聯(lián)合體IUTAM組織的最重要的學(xué)術(shù)大會(huì)，自1924年在荷蘭代爾夫特市首次舉辦后，每4年舉辦1次，迄今已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功舉辦了22次。由于IUTAM的權(quán)威性，ICTAM大會(huì)在國(guó)際力學(xué)界有著強(qiáng)大的號(hào)召力，被譽(yù)為國(guó)際力學(xué)界的“奧林匹克盛會(huì)”。由胡海巖院士主持召開(kāi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有來(lái)自世界各地的1300多名力學(xué)工作者參加了第22屆ICTAM大會(huì)的學(xué)術(shù)交流，共收錄論文1322篇論文，其中包括來(lái)自中國(guó)大陸的近200篇論文。因此，從這個(gè)角度而言，這個(gè)會(huì)議能夠在我們國(guó)家召開(kāi)，不僅是我國(guó)力學(xué)界的一次盛舉，而且充分體現(xiàn)了近年來(lái)中國(guó)力學(xué)水平的提高，是我們國(guó)家力學(xué)研究躋身于世界前列的一個(gè)表現(xiàn)。
對(duì)于這個(gè)會(huì)議，我的印象非常深刻，這個(gè)會(huì)議在我們國(guó)家召開(kāi)，應(yīng)該說(shuō)對(duì)于我國(guó)的力學(xué)研究，尤其是動(dòng)力學(xué)與控制及其工程應(yīng)用的研究與發(fā)展起到了非常積極的作用。
記：作為哈工大航天學(xué)院的教授、博士生導(dǎo)師，您對(duì)我國(guó)航天事業(yè)現(xiàn)狀肯定有很深的了解。那么，您認(rèn)為我國(guó)在航天航空領(lǐng)域還有哪些不足？
曹：我從事的是關(guān)于航天器結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制方面一些研究工作，所以還是著重從這個(gè)角度來(lái)談一談吧。應(yīng)該說(shuō)，我國(guó)近些年在這些領(lǐng)域的研究取得了很大的進(jìn)步，但是還有很多相關(guān)的挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，比如大型航天器柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)、軌道穩(wěn)定性等的影響，又比如說(shuō)柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)與姿軌運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、連接鉸間隙帶來(lái)的非光滑系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制問(wèn)題，都需要深入的研究。
從航空領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，涉及大飛機(jī)的大展弦比機(jī)翼的顫振及其抑制也需要開(kāi)展仔細(xì)地研究。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題同樣是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
教學(xué)：“關(guān)鍵還是要培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立科研能力和創(chuàng)新能力”
記：作為博士生導(dǎo)師，您最注重對(duì)學(xué)生哪些方面的培養(yǎng)，目前為止您培養(yǎng)過(guò)多少優(yōu)秀的博士生，他們都在哪些領(lǐng)域?yàn)閲?guó)家做著貢獻(xiàn)？
曹：就博士生培養(yǎng)而言，我認(rèn)為最重要的還是要培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立進(jìn)行科研工作的能力，簡(jiǎn)而言之，就是要著重培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。也就是說(shuō)，要在科研過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然，除了這些，還需要培養(yǎng)學(xué)生具備一些與科學(xué)研究相關(guān)的工作能力。比如說(shuō)，從問(wèn)題的提出到申請(qǐng)相應(yīng)的項(xiàng)目，然后對(duì)這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)劃和解決，最后寫(xiě)出相應(yīng)的科研報(bào)告等等，各個(gè)方面都需要培養(yǎng)。與此同時(shí)，導(dǎo)師還應(yīng)當(dāng)關(guān)注學(xué)生的修為和交流能力，比如說(shuō)溝通與學(xué)術(shù)交流方面的能力培養(yǎng)、國(guó)際視野的培養(yǎng)等。
基于這些理由，我們會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生參加相應(yīng)的國(guó)際會(huì)議，并且也會(huì)派出學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，同時(shí)我們因?yàn)樽约航M織過(guò)一些國(guó)際國(guó)內(nèi)的學(xué)術(shù)會(huì)議，所以我們的學(xué)生在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，也參與了這樣一個(gè)國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議的組織安排等這樣一些工作。應(yīng)該說(shuō)，在博士生的培養(yǎng)方面，我們做的工作應(yīng)該是比較全面的。
我在國(guó)外工作的時(shí)間比較長(zhǎng)，2006年才回國(guó)，因此直到2006年我才開(kāi)始帶自己的研究生。迄今為止，已有9人獲得了博士學(xué)位，他們分別在相關(guān)的科研院所和高等院校工作，如涉及航空航天的研究院所、南京理工大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等單位。
至于說(shuō)為國(guó)家做出了哪些重要貢獻(xiàn)，我想到現(xiàn)在還說(shuō)不上。不過(guò)，從我了解到的情況來(lái)說(shuō)，他們目前都已經(jīng)在各自的工作崗位上發(fā)揮了一些積極的作用。
記：除了在哈工大從事教育工作，您還曾到香港、英國(guó)、澳大利亞等海內(nèi)外進(jìn)行訪問(wèn)或教學(xué)，在這一過(guò)程您感覺(jué)和國(guó)外的教育方面有哪些差別？
曹：這個(gè)問(wèn)題，我可以簡(jiǎn)單地談一點(diǎn)自己的看法。1996年和1999年，我在香港理工大學(xué)的土木與結(jié)構(gòu)工程系做了一些合作研究，2000―2006年在英國(guó)蘭開(kāi)斯特大學(xué)物理系，也是做一些合作研究，后來(lái)去澳大利亞做了一個(gè)短期的訪問(wèn)。通過(guò)在這些個(gè)國(guó)家和地區(qū)的合作研究，我本人也確實(shí)接觸到了一些新的東西，從而了解到國(guó)外教學(xué)與研究方式跟我們當(dāng)然有一些區(qū)別。
我認(rèn)為國(guó)外的教育跟我們最大的一個(gè)區(qū)別就是他們更注重啟發(fā)式的教學(xué)，并且更關(guān)注學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，尤其是在研究成果的展示方面，外國(guó)的學(xué)生具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。因?yàn)樗麄儚母咧?、大學(xué)、研究生到博士生都一直有相應(yīng)的展示的機(jī)會(huì)，都要做相應(yīng)的研究與交流，還要做相應(yīng)的報(bào)告。所以國(guó)外學(xué)生在成果展示以及和外界的交流等方面，具有一定的優(yōu)勢(shì)。但從另外一個(gè)角度來(lái)看，我們中國(guó)學(xué)生的基礎(chǔ)更好，更扎實(shí)，學(xué)的東西也更多一些。
因此，我們經(jīng)常可以看到這樣一種情況，就是中國(guó)的學(xué)生大概在剛畢業(yè)的一兩年，如果要和國(guó)外的學(xué)生去競(jìng)爭(zhēng)的話(huà)，那么在成果展示和交流能力方面可能會(huì)稍微差一些，但是一旦我們熟悉了國(guó)外學(xué)生的研究方法，應(yīng)該說(shuō)中國(guó)的學(xué)生還是很有優(yōu)勢(shì)的。
目標(biāo)：“教學(xué)與科研工作應(yīng)當(dāng)并舉，不可偏廢”
【論文摘要】針對(duì)目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件一葉片類(lèi)零件工裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，創(chuàng)建了三維工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的葉片類(lèi)零件工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、功能、工作流程，并以u(píng)g二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)。通過(guò)在國(guó)內(nèi)某大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司進(jìn)行應(yīng)用，大大提高了葉片類(lèi)零件工裝設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的關(guān)鍵部件，而葉片類(lèi)零件則是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件之一，也是發(fā)動(dòng)機(jī)研制和批產(chǎn)的“瓶頸”環(huán)節(jié)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種、數(shù)量繁多，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響大、設(shè)計(jì)和制造周期長(zhǎng)、工作量大。由于葉片類(lèi)零件種類(lèi)多，葉型、榫頭的形狀復(fù)雜，其工裝設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜。有效的工裝設(shè)計(jì)可以提高工裝設(shè)計(jì)效率、提高工裝(包括零部件)重用度、縮短工裝制造周期、降低工裝制造成本。
目前工裝設(shè)計(jì)選擇的cad平臺(tái)主要以電子圖板方式在企業(yè)工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用，即人工進(jìn)行工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算，然后利用cad軟件平臺(tái)進(jìn)行繪圖、出圖。其中大部分企業(yè)采用二維cad基本上只解決工裝繪圖問(wèn)題，起到了電子圖板的作用，但是參數(shù)化功能不足，設(shè)計(jì)效率低。而極少數(shù)采用三維cad軟件的企業(yè)由于三維實(shí)體造型速度慢，三維實(shí)體模型虛擬裝配繁瑣，輸出符合國(guó)標(biāo)的二維工程圖速度更慢等因素并沒(méi)有在工裝設(shè)計(jì)中切實(shí)的發(fā)揮出三維cad軟件強(qiáng)大的實(shí)體造型和參數(shù)化驅(qū)動(dòng)等功能。
基于上述的工裝設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出以壓氣機(jī)葉片為對(duì)象，開(kāi)發(fā)工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的葉片類(lèi)零件的工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中不同級(jí)的葉片，很大一部分在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上一樣，裝夾方式也相同，只在尺寸上有差異，如圖1所示。因此設(shè)計(jì)這些葉片的工裝時(shí)，采用基于實(shí)例的三維工序驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，即實(shí)現(xiàn)工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)下的工裝數(shù)模自動(dòng)進(jìn)行尺寸調(diào)整，形成新的工裝數(shù)模，并通過(guò)設(shè)計(jì)者局部小的修改后，形成最終的滿(mǎn)足要求的新工裝。
1系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)與翼寵cad彰工裝設(shè)計(jì)相比，具有以下的特點(diǎn)。
1．1實(shí)現(xiàn)工藝工裝并行設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)過(guò)程是相分離的，通常由工藝設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行零件的工藝設(shè)計(jì)，生成詳細(xì)的加工工序后，將有關(guān)信息傳遞給工裝設(shè)計(jì)部門(mén)，由它完成工裝設(shè)計(jì)。然而，建立基于面向工裝設(shè)計(jì)的工藝成熟度模型，在pdm產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上，直接使用同一數(shù)據(jù)源三維模型，定制工藝、工裝并行設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程，從而實(shí)現(xiàn)工裝工藝的并行設(shè)計(jì)。
1．2三維工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)工裝設(shè)計(jì)
其核心思想是通過(guò)工序數(shù)模中包含的工藝特征信息(如基準(zhǔn)特征信息、定位及夾緊基準(zhǔn)信息、精度特征信息、材料特征信息和管理特征信息等)來(lái)驅(qū)動(dòng)工裝中的相關(guān)組件，使這些組件在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)生成新工裝的目的。
1．3基于pdm的集成化工裝數(shù)據(jù)管理
基于pdm平臺(tái)，建立單一數(shù)據(jù)源的工裝數(shù)據(jù)庫(kù)，保證工裝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)性、有效性和安全性。工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息包括：產(chǎn)品信息、工藝信息、已有工裝信息、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、典型構(gòu)架．結(jié)構(gòu)庫(kù)、加工設(shè)備接口信息，工裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等。通過(guò)對(duì)工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的有效組織和利用，創(chuàng)造能讓工裝設(shè)計(jì)人員迅速、有效地掌握和借鑒已有工裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的環(huán)境，從而提高工裝設(shè)計(jì)速度。
2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
基于上述特點(diǎn)，本系統(tǒng)以oracle為底層數(shù)據(jù)庫(kù)，以tcenterprise(pdm)為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以u(píng)gnx3．0為cad支撐系統(tǒng)，采用ug／openapi對(duì)ug進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，運(yùn)用參數(shù)化建模方法和專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工裝的快速設(shè)計(jì)；所有工裝數(shù)據(jù)全部基于pdm系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，保證工裝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)l生、有效性和安全性。
基于以上思路，本系統(tǒng)由工序模型設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、工裝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、工裝實(shí)例添加子系統(tǒng)三部分組成，具體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
3系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)采用工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)方法，其工作流程，如圖3所示。
3．1建立新的工序數(shù)模
這是新工裝設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力，是工裝模型進(jìn)行自適應(yīng)變化的信息來(lái)源。
3．2建立典型工裝裝配體模型
這是新工裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，即典型實(shí)例模型將根據(jù)新工裝數(shù)模中的信息做相應(yīng)的變化，形成新的工裝模型。
3．3新工裝的形成過(guò)程
新工裝的形成過(guò)程主要是在新工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)下的自動(dòng)化過(guò)程。首先，需要找到合適的典型工裝；然后，將這個(gè)工裝裝配體模型另存為新名字，同時(shí)修改各組件的名字；再次，將新工序數(shù)模裝配進(jìn)去，執(zhí)行相關(guān)程序，使裝配體各個(gè)組件及相互配合關(guān)系發(fā)生改變；最后，手動(dòng)進(jìn)行某些細(xì)節(jié)的修改，從而形成最終的新工裝。
4系統(tǒng)功能
系統(tǒng)的功能主要分為三部分：工序數(shù)模設(shè)計(jì)功能、基于實(shí)例的工裝設(shè)計(jì)功能、實(shí)例添加向?qū)Чδ堋?/p>
4．1工序數(shù)模設(shè)計(jì)模塊
主要提供計(jì)算機(jī)輔助造型、數(shù)模屬性添加兩類(lèi)功能。具體功能：(1)葉片零件模型葉身截型線造型功能；(2)葉身數(shù)據(jù)處理完成葉身的造型功能；(3)葉身的葉根葉尖的延伸功he；(4)凸臺(tái)的造型功能；(5)榫頭的造型功能；(6)對(duì)工序模型各部分進(jìn)行布爾并運(yùn)算生成工序模型；(7)向工序模型添加相關(guān)屬性等功能。
4．2工裝設(shè)計(jì)模塊
三維工序驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能主要為：工裝設(shè)塊提供基于工序數(shù)模的工裝設(shè)。工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)，其核心思想是通過(guò)工序數(shù)模中包含的信息來(lái)驅(qū)動(dòng)工裝中的相關(guān)組件，使這些組件在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)生成新工裝的目的。改設(shè)計(jì)思想中包含有三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)：工序數(shù)模包含的信息、工裝組件數(shù)模包含的信息、工裝裝配體的相關(guān)約束。
要達(dá)到上述目的，需要提取一些信息：
(1)工裝與工序數(shù)模之間的裝配信息，包括裝配元素和裝配關(guān)系。其中裝配元素是指裝配關(guān)系中直接裝配的那些組件的幾何元素，如工序數(shù)模的葉盆表面，工裝中定位銷(xiāo)球形表面等。裝配關(guān)系是指裝配元素之間以什么關(guān)系裝配在一起，如對(duì)齊、面貼合等。
(2)工裝裝配體組件之間的尺寸關(guān)聯(lián)信息。由于采用數(shù)模驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，所以當(dāng)用一個(gè)新的工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)工裝裝配體實(shí)例時(shí)，與工序數(shù)模直接接觸的那些組件會(huì)根據(jù)工序數(shù)模包含的信息進(jìn)行自動(dòng)的適應(yīng)性調(diào)整，包括空間位置和尺寸。這就要求其它組件也必須在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的變化。為此，工裝裝配體各個(gè)組件之間需要建立尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系。建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的原則是：當(dāng)一個(gè)組件的尺寸變化后，會(huì)影響到哪些組件的尺寸，如何影響。建立的尺寸關(guān)系用ug中的表達(dá)式進(jìn)行記錄，包括兩種：裝配關(guān)系中的距離表達(dá)式和組件所對(duì)應(yīng)的part文件中的特征表達(dá)式。
4．3工裝實(shí)例添加功能
這是一個(gè)向?qū)Чぞ撸龑?dǎo)操作人員定義新典型工裝裝配體，并對(duì)添加相應(yīng)的屬性。
工裝實(shí)例庫(kù)中的實(shí)例是相對(duì)典型的和穩(wěn)定的工裝裝配體。實(shí)例庫(kù)的建立需要在pdm平臺(tái)下完成，要考慮實(shí)例庫(kù)和pdm之間的管理關(guān)系，以及實(shí)例庫(kù)中的實(shí)例與pdm中產(chǎn)品bom之間的關(guān)系。實(shí)例庫(kù)中工裝實(shí)例的添加、刪除、修改和查詢(xún)功能均需在pdm環(huán)境中完成。
工裝實(shí)例庫(kù)的建立需要兩方面的工作：
(1)以葉片類(lèi)零件為應(yīng)用對(duì)象，對(duì)典型工裝設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)歸納，包括：典型且可以重用的零組件、零組件的尺寸參數(shù)、技術(shù)規(guī)格、圖形、設(shè)計(jì)流程，形成相應(yīng)的夾具零組件庫(kù)和工裝實(shí)例庫(kù)。
(2)工裝實(shí)例庫(kù)的構(gòu)造使用相關(guān)參數(shù)化造型等技術(shù)，在典型工裝或?qū)Ｓ霉ぱb設(shè)計(jì)完成之后，任何新的工裝設(shè)計(jì)如果滿(mǎn)足一定的相似條件，就可以快速的從庫(kù)中實(shí)例派生出新的工裝設(shè)計(jì)，從而解決快速設(shè)計(jì)的需求。
5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)是以u(píng)g／nx3．0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，下面具體介紹系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
從工藝部門(mén)接到工裝設(shè)計(jì)任務(wù)后，進(jìn)入ug軟件進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)。典型工裝在pdm下進(jìn)行管理，根據(jù)制造bom的結(jié)構(gòu)，這些工裝的part文件與使用它們的那些物料關(guān)聯(lián)在一起，并建立屬性信息，表明該工裝是哪道工序使用的。生成的工序模型，如圖4所示。
下面以壓氣機(jī)葉片毛坯鍛件的第一道工序—銑進(jìn)排氣邊的工裝夾具設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行描述。首先，根據(jù)工藝規(guī)程和葉片毛坯鍛件圖，利用ug二次開(kāi)發(fā)的參數(shù)化工序建模菜單，輸人參數(shù)和屬性添加進(jìn)行工序建模，生成的工序模型和各部分名稱(chēng)信息，如圖4所示。根據(jù)建好的三維工序模型，在pdm下的工裝實(shí)例庫(kù)選擇工裝類(lèi)型；緊接著，在ug中打開(kāi)選好工裝類(lèi)型模型，然后在裝配環(huán)境下調(diào)入三維工序模型，進(jìn)入ug二次開(kāi)發(fā)的工裝設(shè)計(jì)菜單，根據(jù)對(duì)話(huà)框提示指出葉盆或葉背(定位點(diǎn)在葉盆就指定葉盆，在葉背就指定葉背)，接著通過(guò)遍歷工序模型得到工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的新工裝模型，最后通過(guò)適應(yīng)性裝配和局部小的修改得到完全滿(mǎn)足需求的新工裝模型。系統(tǒng)各菜單和葉片工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的新工裝，如圖5所示。
Abstract: with the rapid development of national economy, automobile production increased year by year, our country more and more cars, cars are more and more complex. Especially the rapid development of science and technology, the automobile industry competition has changed from single performance competition steering performance, environmental protection, energy saving, comprehensive competition. Only the automobile engine, to cope with the world energy crisis and reducing the environmental pollution, the research and development work has focused on reducing fuel consumption, reduce emissions, lightweight and reduce wear and so on, to optimize the technology will be widely used in these studies.
Keywords: engine, machine, technology, performance
中圖分類(lèi)號(hào)：S219.031文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）
發(fā)動(dòng)機(jī)是一部由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的是將某一種型式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的復(fù)雜機(jī)器。其作用是將液體或氣體燃燒的化學(xué)能通過(guò)燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，再把熱能通過(guò)膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并對(duì)外輸出動(dòng)力。而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的動(dòng)力裝置。由機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、冷卻系、系、燃料系和點(diǎn)火系（柴油機(jī)沒(méi)有點(diǎn)火系）等組成。按燃料分發(fā)動(dòng)機(jī)有汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)兩種。按工作方式有二沖程和四沖程兩種，一般發(fā)動(dòng)機(jī)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
隨著世界能源問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，飛機(jī)及汽車(chē)作為污染環(huán)境和消耗能源的大戶(hù)，備受人們的關(guān)注。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程直接影響節(jié)能和環(huán)保，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程優(yōu)化的研究越來(lái)越受到重視。
發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)、熱力、燃燒、強(qiáng)度、振動(dòng)、流體、傳熱等多個(gè)學(xué)科為基礎(chǔ)，可變因素多，隨機(jī)性大，是一個(gè)可變互耦系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化通過(guò)充 分利用各個(gè)學(xué)科之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖上有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化涉及到多個(gè)目標(biāo)，與單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題不同的是這些目標(biāo)函數(shù)往往耦合在一起，且每一個(gè)目標(biāo)具有不同的物理意義和量綱。它們的關(guān)聯(lián)性和沖突性使得對(duì)其優(yōu)化變得十分困難。多目標(biāo)優(yōu)化方法可以分為如下兩大類(lèi)并且已在發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用。1.基于偏好的多目標(biāo)優(yōu)化方法此方法根據(jù)工程實(shí)際的具體情況，首先選擇一個(gè)偏好向量，然后利用偏好向量構(gòu)造復(fù)合函數(shù)，使用單目標(biāo)優(yōu)化算法優(yōu)化該復(fù)合函數(shù)以找到單個(gè)協(xié)議最優(yōu)解。如利用線性組合法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化；利用加權(quán)法對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的減損和延壽控制進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。2.基于非劣解集的多目標(biāo)優(yōu)化方法 此方法首先需要找到盡可能多的協(xié)議解，然后根據(jù)工程實(shí)際情況，獲得決策解。相比基于偏好的多目標(biāo)方法，該方法更系統(tǒng)、實(shí)用和客觀。如通過(guò)多目標(biāo)遺傳算 法，以單位推力、耗油率等為目標(biāo)函數(shù)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能進(jìn)行優(yōu)化；基于多目標(biāo)遺傳算法對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和成本進(jìn)行優(yōu)化。在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)及實(shí)際使用中，總是存在著材料特性、制造、裝配及載荷等方面的誤差或不確定性。雖然在多數(shù)情況中，誤差或不確定性很小，但這些誤差或不確定性結(jié)合在一起可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性產(chǎn)生很大的影響。對(duì)于此類(lèi)不確定性問(wèn)題的優(yōu)化，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已無(wú)法解決，而必須求助于不確定性?xún)?yōu)化方法。 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量越來(lái)越輕，而其功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，振動(dòng)和噪聲問(wèn)題越來(lái)越突出。振動(dòng)不僅影響到發(fā)動(dòng)機(jī)自身的強(qiáng)度和性能，而且會(huì)給車(chē)輛整體壽命和乘客舒適 性造成很大的影響。除了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)外，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的減振系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化也是一條提高車(chē)輛整體振動(dòng)性能的有效途徑。傳統(tǒng)的彈性減振系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足 舒適性要求，未來(lái)的趨勢(shì)是半主動(dòng)減振和主動(dòng)減振控制系統(tǒng)，即能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、路況、車(chē)輛行駛狀態(tài)和載荷等自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，優(yōu)化車(chē)輛動(dòng)力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)主 動(dòng)減振。車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的減振系統(tǒng)是一復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因其自身的非線性映射能力在未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)減振系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有很大的潛力。另外，由于發(fā) 動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性，在模型、載荷、激勵(lì)等方面都具有很大的不確定性，減振系統(tǒng)的優(yōu)化不可避免地應(yīng)考慮系統(tǒng)不確定性的影響，可以利用模糊集或區(qū)間數(shù)學(xué)理 論結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不確定性?xún)?yōu)化，以提高減振系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。
發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放系統(tǒng)直接影響到 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、噪聲、排放等重要指標(biāo)，影響到汽車(chē)的節(jié)能與環(huán)保性能。對(duì)燃燒與排放系統(tǒng)的優(yōu)化可從兩個(gè)方面進(jìn)行。一方面是燃料噴射系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過(guò) 電控單元精確控制各氣缸的燃油噴射量，自由控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使得發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和最佳的輸出響應(yīng)特性，并使得氣缸達(dá)到最佳混合氣狀態(tài)，提高燃 油熱效率，降低噪聲；另一方面是優(yōu)化進(jìn)氣管系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，優(yōu)化壓縮比。未來(lái)的燃燒與排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮噴射系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié) 構(gòu)，同時(shí)注重結(jié)構(gòu)、燃燒、流體、噪聲等不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的性能提高，進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率為 20 %～30 % ,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為 30 %～40 %。如能廣泛地使用柴油機(jī) ,將會(huì)節(jié)約大量燃料。柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還在于它可以使用純度比較低、價(jià)格比汽油便宜的柴油作燃料。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,將汽油機(jī)轉(zhuǎn)換為柴油機(jī) ,每升燃料的行程里程平均可增加 35 % ,同樣質(zhì)量和功率相同的柴油機(jī)與汽油機(jī)相比 ,油耗可降 15 %～ 25 %。因此 ,各汽車(chē)制造商都積極地增加柴油車(chē)的比重 ,目前絕大多數(shù)商用車(chē)都裝備柴油機(jī) ,而各汽車(chē)廠商提供的裝有柴油機(jī)的轎車(chē)、行車(chē)也日益增多 ,如寶馬、奔馳、奧迪、豐田、本田、馬自達(dá)等都在全力開(kāi)發(fā)并推出環(huán)保型柴油車(chē)。在歐洲 ,轎車(chē)柴油化的比例已高達(dá) 40 % ,且有不斷上升之勢(shì)。
綜上所述，優(yōu)化技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 制造中占有非常重要的地位。包括常規(guī)優(yōu)化方法和智能優(yōu)化方法在內(nèi)的優(yōu)化技術(shù)已被應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。考慮到能源的短缺和環(huán)境問(wèn)題的重要性，未來(lái)的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī) 優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究將是以節(jié)能和環(huán)保為重點(diǎn)的綜合最優(yōu)，應(yīng)當(dāng)建立并應(yīng)用多種不確定多目標(biāo)多學(xué)科優(yōu)化理論方法、策略及算法；并應(yīng)大力開(kāi)發(fā)在一個(gè)優(yōu)化平臺(tái)上集成各 個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)要求的多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將具有更高的優(yōu)化效率和較好的開(kāi)放性，可以更好地適應(yīng)未來(lái)汽車(chē)個(gè)性化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。
摘要：
[1]汽車(chē)行業(yè)一體化 (質(zhì)量、境、業(yè)健康安全)管理體系認(rèn)證的研究 .吉林大學(xué) . 2007中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) .
1.概述：
該發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)裝架為非標(biāo)框架類(lèi)零件，需求量少，只要兩個(gè)，但要求在同一個(gè)安裝平臺(tái)上具有互換性，這對(duì)加工變形的控制提出了很高的要求。該預(yù)裝架的制作，涉及到材料、焊接、熱處理、簡(jiǎn)易工裝設(shè)計(jì)、機(jī)械加工等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，難度大。
2.主要技術(shù)條件分析
2.1 .尺寸要求
預(yù)裝架安裝座寬度方向中心尺寸490±0.1mm，安裝座長(zhǎng)度方向中心尺寸976±0.1mm，且兩件預(yù)裝架尺寸中心對(duì)角線偏差不超過(guò)0.15mm，前安裝座的中心與發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板的中心重合一致，相差不超過(guò)±0.1mm。
2.2.零件表面粗糙度
零件的加工面粗糙度要求較高，發(fā)動(dòng)機(jī)輸扭軸安裝面及工藝基準(zhǔn)板底面粗糙度Ra為0.8μm，因而在加工表面時(shí)，采用低進(jìn)給量來(lái)保證其表面粗糙度要求。其余各面的表面粗糙度要求，一般的加工即可達(dá)到。
3.鉚焊制作
3.1.材料準(zhǔn)備
零件主要采用80×40×3.5mm和50×40×3.5mm兩種規(guī)格的矩形鋼管，材料為合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA。按工藝拆解的零件圖，鉚工下料后，銑工定長(zhǎng)，銑不同角度和弧度的焊接貼合面，保證焊接處的貼合良好，減小焊接應(yīng)力及變形。
在鉚焊平臺(tái)上，焊接安裝座中心定位軸，以軸中心為基準(zhǔn)，組合各件（安裝座組焊時(shí)底邊留5mm加工余量），各零件中心直線度偏差
3.2. 焊前準(zhǔn)備
合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA含碳量0.28%～0.34%，屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性相對(duì)較低，焊接性能一般，焊接容易產(chǎn)生裂紋及氣孔。所以焊前需做以下準(zhǔn)備工作：
3.2.1.四個(gè)安裝座組焊時(shí)底邊留5mm焊后加工余量；
3.2.2.焊縫及周邊區(qū)域內(nèi)先用丙酮擦除油污，再用砂布、鋼絲球等將待焊部位清理干凈，以防止產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷；
3.2.3.選擇正確的焊接材料，控制焊縫的化學(xué)成分，限制有害雜質(zhì)的含量；
3.2.4.為防止焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋，焊材使用前必須進(jìn)行干燥處理；
3.2.5.針對(duì)30CrMnSiA薄板進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，并根據(jù)焊接工藝評(píng)定制定合理的《焊接工藝指導(dǎo)書(shū)》。
3.3. 焊接工藝
為合理控制焊接熱循環(huán)，改善焊接應(yīng)力狀態(tài)和消除氧化物、硫化物以及低熔點(diǎn)共晶體的有害作用，經(jīng)過(guò)權(quán)衡對(duì)比各種焊接方法，決定本零件采用熱量集中的焊接方法，即手工鎢極氬弧焊。
3.3.1.焊接材料：直徑為φ2mm的H08Mn2NiMoA焊絲。
3.3.2.焊接規(guī)范參數(shù)：焊接電流I=130A～140A，焊接速度V=120 mm/min～150mm/min，保護(hù)氣體流量Ar=10 L/min ～15L/min。
3.3.3.鎢極直徑=φ3.2mm ，噴嘴直徑=φ8 mm ～φ11mm。
3.3.4.焊接步驟：焊縫長(zhǎng)度上每隔40mm長(zhǎng)點(diǎn)焊固定，再進(jìn)行連續(xù)焊。
3.3.5.焊后焊縫及熱影響區(qū)采用石棉粉保溫，緩冷。
3.3.6.修整焊縫，校正焊接變形。
3.4. 效果檢查
預(yù)裝架為重要零件，焊后對(duì)焊縫進(jìn)行X射線探傷，無(wú)裂紋、夾渣等缺陷。外形尺寸進(jìn)行了檢查，變形量
3.5.人工時(shí)效
預(yù)裝架鉚焊制作后，內(nèi)部殘余較大的焊接應(yīng)力。該預(yù)裝架用于振動(dòng)場(chǎng)合，需要各安裝尺寸保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，因此要消除內(nèi)應(yīng)力。安排去應(yīng)力退火的工序，消除內(nèi)部殘余應(yīng)力，減小零件的變形和焊縫的開(kāi)裂。
4.機(jī)械加工
圖紙施工階段，因?qū)︺T焊變形量的大小不能確定，焊后加工面一般留有5mm左右的加工余量。而在機(jī)械加工工程中，一次去除這么多的余量，會(huì)產(chǎn)生較大的加工內(nèi)應(yīng)力，使用過(guò)程中應(yīng)力釋放，會(huì)導(dǎo)致變形超過(guò)允許值的情況發(fā)生。為此，要采用分步加工的方法：先粗加工，粗加工時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力通過(guò)去應(yīng)力退火消除；然后精加工。因此時(shí)加工余量少，應(yīng)力和變形就小，穩(wěn)定性好，滿(mǎn)足圖紙尺寸及使用要求。
4.1.粗加工
針對(duì)一次加工余量多，加工難度較大的特點(diǎn)，安排粗加工工序。在T68臥式鏜床上進(jìn)行粗加工，各尺寸根據(jù)需要留有1～2mm的加工余量。
4.2.人工時(shí)效
按工藝要求，現(xiàn)場(chǎng)檢查各尺寸合格后，為減小粗加工時(shí)產(chǎn)生的切削力、夾緊力和切削熱對(duì)加工精度的影響，預(yù)裝架送至熱處理車(chē)間進(jìn)行去應(yīng)力退火。
4.3.精加工
采用龍門(mén)磨床，平磨四處工藝基準(zhǔn)板底面，即加工基準(zhǔn)面。在型號(hào)為T(mén)H61125的數(shù)控臥式加工中心上精加工，以工藝基準(zhǔn)面為支撐，利用彎板等工裝夾緊，四個(gè)裝夾點(diǎn)均勻分布，裝夾力均勻，裝夾牢固，加工四處安裝定位孔及輸扭軸安裝面和安裝孔。
4.4.外觀處理
未加工表面擴(kuò)平膩?zhàn)樱瑖姺冷P底漆及天藍(lán)色面漆各兩遍。
5.結(jié)論
根據(jù)最終檢驗(yàn)測(cè)量的尺寸，得出該兩個(gè)預(yù)裝架中心尺寸偏差
本論文以某發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)裝架制作為例，介紹了非標(biāo)框架類(lèi)零件加工變形的各項(xiàng)控制措施，從焊接前的準(zhǔn)備，到焊接過(guò)程及其后的機(jī)械加工過(guò)程，以及工序的安排，這些方法對(duì)提高框架類(lèi)零件的尺寸精度及使用穩(wěn)定性有很大的幫助。
參考文獻(xiàn)：
潛心探索提出故障診斷新方法
重大裝備的各類(lèi)故障中，因結(jié)構(gòu)裂紋導(dǎo)致的失效占60%以上。裂紋這一“隱形殺手”被形象地稱(chēng)為重大裝備安全運(yùn)行的“癌癥”，具有難發(fā)現(xiàn)、易擴(kuò)展、強(qiáng)破壞的特點(diǎn)。何正嘉帶領(lǐng)課題組于上世紀(jì)90年代中后期重點(diǎn)研究裂紋動(dòng)態(tài)定量診斷新技術(shù)，經(jīng)過(guò)10余年的潛心研究和探索，發(fā)現(xiàn)并揭示了裂紋位置、裂紋深度與裂紋動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)明了基于小波有限元模型的三線相交結(jié)構(gòu)裂紋的動(dòng)態(tài)定量診斷方法，實(shí)現(xiàn)了大型回轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋動(dòng)態(tài)定量診斷，解決了裂紋動(dòng)態(tài)定量診斷這一國(guó)內(nèi)外故障診斷領(lǐng)域的前沿與挑戰(zhàn)性難題。
在研究過(guò)程中，何正嘉首先建立了適宜結(jié)構(gòu)裂紋故障診斷的小波有限元理論，采用多分辨多尺度小波函數(shù)替代傳統(tǒng)有限元的多項(xiàng)式插值函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)裂紋的高精度建模。最終何正嘉研發(fā)出了機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋定量診斷儀，可應(yīng)用于汽輪機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)的裂紋診斷，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行與避免災(zāi)難性事故產(chǎn)生意義重大。
目前，該成果從基礎(chǔ)理論、技術(shù)實(shí)現(xiàn)到儀器開(kāi)發(fā)，已經(jīng)形成了一整套技術(shù)，在東方汽輪機(jī)公司、某航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修廠、西門(mén)子信號(hào)有限公司、上海寶鋼等50余家企業(yè)得到應(yīng)用，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。針對(duì)某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部裂紋因探頭不可到達(dá)而難以無(wú)損探傷的問(wèn)題，利用小波有限元建模和動(dòng)態(tài)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了裂紋定量診斷，成為某廠航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全保障中一種重要檢測(cè)技術(shù)。實(shí)踐證明，何正嘉所研制的機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋定量診斷儀對(duì)裂紋位置與深度的定量識(shí)別誤差均在5%以?xún)?nèi)。這一成果填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋動(dòng)態(tài)定量診斷領(lǐng)域的技術(shù)空白，能夠確保設(shè)備安全運(yùn)行，避免因裂紋引起的災(zāi)難性事故發(fā)生。
在裂紋動(dòng)態(tài)定量診斷新技術(shù)研究的同時(shí)，何正嘉的主攻方向是機(jī)械故障非平穩(wěn)高精度診斷領(lǐng)域。他在長(zhǎng)期的研究中發(fā)現(xiàn)，傅里葉變換、小波變換、第二代小波變換、多小波變換等的共同本質(zhì)是數(shù)學(xué)上的內(nèi)積變換，由此揭示了不同機(jī)械故障高精度診斷的內(nèi)積變換數(shù)學(xué)原理，并指出，構(gòu)造和運(yùn)用性能優(yōu)良的基函數(shù)與動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行內(nèi)積變換，是提高機(jī)械監(jiān)測(cè)診斷合理性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)。
何正嘉率先將先進(jìn)的非平穩(wěn)信號(hào)處理方法引入機(jī)械監(jiān)測(cè)診斷領(lǐng)域，提出了變工況非平穩(wěn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行故障診斷方法，從多尺度、多分辨時(shí)頻域提取故障信號(hào)特征，克服了采用傳統(tǒng)平穩(wěn)信號(hào)診斷方法難以準(zhǔn)確提取變工況運(yùn)行設(shè)備非平穩(wěn)故障特征的不足；最終開(kāi)發(fā)了機(jī)械故障非平穩(wěn)高精度診斷系列新技術(shù)。開(kāi)發(fā)了機(jī)車(chē)走行部、發(fā)電機(jī)組等關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)診斷系列實(shí)用技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開(kāi)拓了機(jī)械故障非平穩(wěn)高精度診斷的新領(lǐng)域。
繼往開(kāi)來(lái)科研團(tuán)隊(duì)促發(fā)展
何正嘉教授治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)精神，在學(xué)術(shù)梯隊(duì)建設(shè)方面成績(jī)突出。擔(dān)任機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)監(jiān)控與診斷方向?qū)W術(shù)帶頭人，負(fù)責(zé)建設(shè)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)國(guó)家級(jí)示范中心。創(chuàng)建的“裝備智能診斷與控制”科研教學(xué)團(tuán)隊(duì)擁有教授16名，其中教育部長(zhǎng)江學(xué)者1名、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才6名、全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文獲得者1名、交大騰飛教授3人；承擔(dān)國(guó)家級(jí)精品課程3門(mén)。為裝備制造學(xué)科發(fā)展凝聚了CAD/CAM、數(shù)控技術(shù)、故障診斷和減振降噪等一批骨干力量。他為人師表，舉賢薦能，甘為人梯，樂(lè)于奉獻(xiàn)，扶持青年學(xué)者成長(zhǎng)為學(xué)科發(fā)展帶頭人，支持和幫助青年骨干教師主持或參與各類(lèi)重大項(xiàng)目申報(bào)，在教學(xué)科研方面多次取得國(guó)家級(jí)成果獎(jiǎng)勵(lì)。教學(xué)中，他負(fù)責(zé)并組織建設(shè)了機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)國(guó)家級(jí)示范中心和3門(mén)國(guó)家級(jí)精品課程，何正嘉教授獲2008年陜西省師德標(biāo)兵稱(chēng)號(hào)、2010年全國(guó)優(yōu)秀科技工作者稱(chēng)號(hào)。
何正嘉在指導(dǎo)研究生的過(guò)程中投入巨大的精力，同步嚴(yán)格要求研究生不斷提升道德品質(zhì)和學(xué)術(shù)水準(zhǔn)。培養(yǎng)的博士研究生陳雪峰獲得了2007年全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文，2008年入選教育部新世紀(jì)人才、2009年入選陜西省科技新星、2010年入選西安交通大學(xué)騰飛人才，陳雪峰教授已成為我校機(jī)械工程學(xué)科的教學(xué)科研骨干，主持2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、1項(xiàng)863項(xiàng)目以及多項(xiàng)橫向合作課題。培養(yǎng)的博士研究生訾艷陽(yáng)教授2010年入選教育部新世紀(jì)人才，主持3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、1項(xiàng)863項(xiàng)目以及多項(xiàng)橫向合作課題，2009年當(dāng)選機(jī)械工程學(xué)院分黨委副書(shū)記。培養(yǎng)的博士研究生向家偉先后以德國(guó)洪堡學(xué)者和日本JSPS學(xué)者的身份，出國(guó)深造。培養(yǎng)的胡橋博士2006年畢業(yè)后在西安705所工作，工作業(yè)績(jī)突出，目前擔(dān)任總工程師助理；祁克玉博士在212所勤奮工作，獲得了單位高度好評(píng)。
在科研中，他以西安交通大學(xué)機(jī)械裝備診斷與控制研究所所長(zhǎng)、機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)監(jiān)控與診斷方向?qū)W術(shù)帶頭人的身份，領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)創(chuàng)了諸多創(chuàng)新性理論、技術(shù)與系統(tǒng)，推動(dòng)了中國(guó)機(jī)械設(shè)備故障診斷的發(fā)展，被評(píng)為“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”。他從事工礦企業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷研究及應(yīng)用四十余年，在機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)裂紋定量識(shí)別、非平穩(wěn)信號(hào)故障診斷和智能預(yù)示等方面開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究和重要工程應(yīng)用，取得創(chuàng)新性成果。主持2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)早期故障智能預(yù)示的理論與技術(shù)”(50335030，2004―2007)和“關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)示與運(yùn)行安全保障的新理論和新技術(shù)”(51035007，2011―2014)以及4項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目；主持2項(xiàng)高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目“小波有限元理論與轉(zhuǎn)子橫向裂紋故障診斷的研究”（20040698026，2005―2007）和“優(yōu)良特性多小波構(gòu)造原理與機(jī)電設(shè)備復(fù)合故障診斷”(200806980011，2009―2011)；參加2項(xiàng)國(guó)家973項(xiàng)目“數(shù)字化制造基礎(chǔ)研究（2005CB724100, 2006―2010）”和“超高速加工及其裝備基礎(chǔ)研究”(2009CB724405，2009-2014)；負(fù)責(zé)20余項(xiàng)與企業(yè)合作項(xiàng)目。以第一完成人獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)(2009年)、國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)(1999年)和省部級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)。出版著作7部，350篇，其中SCI收錄72篇、EI收錄100篇，論著被國(guó)內(nèi)外引用3613次。
