時間：2023-04-06 18:47:08
序論：在您撰寫航空發動機論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
發動機裝配技術狀態數據模型的概念
針對航空發動機型號，現有的PDM技術已經可以較好的對其進行技術狀態管理。由于實際裝配中，單臺航空發動機技術狀態強調可追溯性，即對于每一臺發動機在排故、維修、大修時需要明確其裝配技術狀態歷史，就必須對單臺發動機進行裝配技術狀態管理。進行單臺發動機裝配技術狀態管理的基礎是結構化的數據模型，裝配環境下的技術狀態數據可以分為三大部分：物料信息、工藝信息與檢驗信息。這里的物料信息是指產品基本信息及組成產品的各種零/組/部件的信息；工藝信息是指裝配各級物料節點所執行的工藝/工序/工步的信息；檢驗信息是指執行裝配的關鍵項進行檢驗，具體表現為相對應的檢驗項的規定值與實際值。物料信息、工藝信息、檢驗信息都可表示為樹形結構。它們間也具有復雜的對應關系，其中包括：工藝與部件或組件對應、檢驗表與工藝對應、檢驗項與工序對應、子檢驗項與工步對應等。由于航空發動機的多裝多試的特點，單臺發動機在其生命周期的多次裝配中會頻繁的發生物料信息、工藝信息和檢驗信息的改變，集中表現在由于串換件、壽命件的到期等，發生各級物料（部件/組件/零件）的變化；由于采用不同版次的工藝、針對個別發動機裝配下發的技術文件、技術通知、工藝更改單等會產生工藝信息的變化；物料或工藝信息改變同時也伴隨產生了檢驗信息的變化。因此單臺發動機的裝配技術狀態不僅與同型號同批次的其他發動機的技術狀態不同，在其生命周期內本身的技術狀態也隨時間變化。所以，航空發動機裝配技術狀態數據模型必須包含兩個方面，從空間上說，要用盡可能用簡單的模型表示出錯綜復雜的物料、工藝、檢驗信息的對應關系；從時間上說，要準確地刻畫出發動機裝配技術狀態隨時間變化的情況。
發動機裝配技術狀態數據模型的定義
以下對發動機裝配技術狀態在時間條件約束下的物料、工藝、檢驗等信息進行定義。定義1：航空發動機裝配技術狀態模型，C={M，PAC，R，T}。其中M為物料信息集合、PAC為工檢信息集合、R為關系集合、T為時間。當物料信息集合為整臺發動機的物料信息時，C表示單臺次發動機T時刻的技術狀態；當物料信息為整臺發動機物料信息子集時，C表示相應部件、組件等的技術狀態。定義2：物料節點集合M：航空發動機某一時刻物料集合為：M={m1，m2，m3…，mn}，n∈N，N為自然數；mi={IDmi，a1，a2，a3，…，ak}，k∈N，mi∈M。M中mi可以是產品、部件、組件或者零件，為產品任意級物料節點。mi中IDmi為物料節點的唯一標識，a1，a2，a3，…，ak為這一物料節點屬性，比如關鍵尺寸、物料壽命、是否為關重件的標識等，可靈活的根據需要進行實例化。定義3：工檢信息集合PAC：PAC={pac0，pac1，pac2，…，pacl}，l∈N；Paci={IDpaci，b1，b2，b3，…，bl}，t∈N，paci∈PAC。由上面的分析可知，雖然物料信息和工藝信息節點不是同級一對一的關系，對于具體的發動機產品，工藝及檢驗信息節點也總是伴隨著唯一的物料節點出現，這里不妨將相對應的兩種節點合并為工藝及檢驗信息節點，也是適應了許多先進發動機制造廠商實行的“工檢合一”的需要。對于每一個工藝及檢驗信息節點paci，IDpaci為工藝及檢驗信息節點的唯一標識。類似于定義1，b1，b2，b3，…，bt亦為paci（1≤i≤l）工藝信息節點的屬性，當paci為不同級別的工藝信息節點時，屬性可以實例化為工藝版本、關鍵工序標識等。當paci為工序級節點，若bj={IDbj，CheckContentbj，CheckStandardbj，CheckValuebj}表示一個子檢驗項，其中，IDbj唯一標識了該子檢驗項，CheckContentbj為子檢驗項的具體內容，CheckStandardbj為檢驗項的規定值，CheckValuebj為檢驗項的實際值，該屬性可給出單件產品由于每次裝配產生的檢驗項信息，一般表示執行一個工步產生的檢驗信息。定義4：關系集合R=MR∪PR∪MPR其中：MR={r|r=（mi,mj）,若堝mi和mj的父子關系，mi,mj∈M};PR={r|r=（paci,pacj）,若堝paci和pacj的父子關系，paci,pacj∈PAC}；MPR={r|r=（mi，pacj），若堝mi和pacj的對應關系，mi∈M，pacj∈PAC}；該集合可以確定出技術狀態模型中存在的物料信息節點之間、工藝及檢驗信息節點之間、物料信息節點與工藝及檢驗信息節點之間三種關系。圖2展示了一個簡化了的技術狀態模型的具體例子，該模型具有三層物料信息結構。左面的部分為單臺發動機產品的物料狀態，右邊的部分為與之相對應物料的工檢信圖1航空發動機裝配技術狀態息，用連線表示存在相關的關系。
發動機裝配技術狀態數據模型的基本操作
單臺發動機單次裝配執行其間，發動機裝配技術狀態會因裝配的執行隨時間動態變化著，表現為技術狀態模型中各集合元素的變化。集合元素的變化可以歸結為兩種基本操作，令Ci={Mi，PACi，Ri，Ti}為Ti時刻的產品/部件/組件的技術狀態，Ci={Mi+1，PACi+1，Ri+1，Ti+1}為Ti+1時刻的技術狀態，Cpa1={Mpa1，PACpa1，Rpa1，Tpa1}為pa1部件/零件某時刻的技術狀態，用兩種算子進行表示：加法操作算子+：+（Ci，Cpa1）={Mi∪Mpa1，PACi+1，Ri∪Rpa1∪Rst，Ti+1}加法操作為發動機裝配時增加技術狀態物料節點的操作，附帶了工藝節點的增加和對應關系的增加。減法操作算子-：-（Ci，Cpa1）={Mi-Mpa1，PACi+1，Ri-Rpa1-Rst，Ti+1}減法操作為拆卸發動機零部件的操作，該操作會產生發動機技術狀態物料節點的減少，而且附帶了工藝節點的減少和對應關系的消失。由以上的兩種基本操作函數，可以得到更加復雜的技術狀態改變的操作。例如，對于航空發動機的換件技術狀態變化，可視為經過了-（Ci，Cpa1）和+（Ci，Cpa2）操作，用pa2替換了pa1部件。對于單臺發動機的每段或每次裝配，可以認為其技術狀態經歷了數個加法、減法操作。例如C1為某次裝配前的產品的技術狀態，C1={{m1，m2，m3，m4，m5}，{pac1，pac2}，（{m1，m2），（m1，m3），（m2，m4），（m2，m5），（pac1，pac2），（m1，pac1），（m2，pac2），T1}，首先拆卸掉部件，pa1，Cpa1={{m2，m4，m5}，{pac2}，（{m2，m4），（m2，m5），（m2，pac2）}，T1}，即進行了操作-（C1，Cpa1），得到C1′={{m1，m3}，{pac1′}，（{m1，m3），（m1，pac1′）}，T1′}；然后進行了操作+（C1′，Cpa2），裝配上部件pa2，pa2的技術狀態為Cpa2={{m6，m7，m8}，{pac6}，（{m6，m7），（m6，m8），（m6，pac6）}，T2}；得到C1={{m1，m3，m6，m7，m8}，{pac1″，pac6}，（{m1，m6），（m1，m3），（m6，m7），（m6，m8），（pac1″，pac6），（m1，pac1″），（m6，pac6）}，T2}；如圖3所示。實際中的操作可能會拆卸到零件級，這里適當簡化為拆卸到部件級。4沿時間軸發動機裝配技術狀態快照序列的生成單臺發動機首次裝配自T0時刻開始，在其生命周期內會經歷數個加法、減法操作，形成關于時間軸TS=（T0，T1，T2，T3，…）的發動機單機技術狀態快照序列CS=（C0，C1，C2，C3，…）。首次裝配過程中，零件裝配成組件，組件裝配成部件，進而裝配成發動機整機，這期間發生的對裝配技術狀態的操作體現為大量的加法操作，由零部件的技術狀態合成為發動機的技術狀態；非首次裝配，則還會發生大量技術狀態減法操作，最終表現為整機技術狀態隨時間不斷的更新。與其他復雜產品不同，航空發動機生命周期中要經歷多次拆卸-裝配的過程。這樣可以把時間軸劃分為若干個階段，包括新機一裝、新機二裝、舊機排故的一、二裝、舊機大修的一、二裝等。TS中時間Ti的取值不同，會引起技術狀態記錄詳細程度不同。記錄的密度越大，對技術狀態追蹤的也就越詳細，但占用的存儲空間就越多。當Ti取值為裝配執行過程中若干時刻時，序列CS可以對裝配過程進行記錄。現設Ti為每次裝配結束的時間，（Ti-1，Ti）時間段則為兩次裝配間的時間段，在本時間段內，假定不對微小的技術狀態變化進行記錄，得到的覆蓋全時間軸技術狀態快照序列如圖4所示。
航空發動機強度計算作為專業必修課，從航空發動機中抽象出葉片、盤等結構，建立模型，開展結構的應力計算和強度分析，較為艱澀、枯燥，采用傳統的板書教學模式，教師對于說明復雜的零部件結構和受載形式往往力不從心，此外，傳統的教學方法還受到課堂板書時間、教學語言、課堂紀律等不利因素影響，從而影響學生聽課的積極性，教學的進度和教學的質量。與板書教學相比，教師使用多媒體課件時，學生往往會表現出較大的興趣。據有關調查統計，同樣的內容，視聽結合記憶效果比只憑看提高40%，多媒體教學正是實現視聽結合的有效手段。因此，在發動機強度計算的教學過程中，采取多媒體輔助教學可以達到提高教學效率、吸引學生專注度、加深學生理解力等積極的作用。多媒體教學是指通過計算機把多媒體的符號、文字、公式、圖像、聲音、動畫等各個要素按教學要求進行有機組合，并采用投影屏幕的形式顯示出來，結合教師的講解和引導達到合理教學過程的目的。多媒體教案與傳統書面教案相比，更加美觀、生動。對于發動機強度計算這類具有內容抽象而又復雜的課程，具有明顯的教學效果。多媒體教學與傳統教學方式相比具有以下優點。
1.多媒體教學具有生動、形象、具體可感的特點，可以解決板書不易表達的內容，抽象問題直觀化，創建生動的表象。
2.多媒體教學集聲音、影響、圖片、文字、動畫于一體，能夠充分調動學生的感官系統，極大提高學生的課堂學習興趣和專注度，激發學生學習的主動性，活躍課堂氣氛。
3.多媒體教學具有知識容量大、信息量多等特點，提高單位時間授課信息量，有利于學生拓寬知識視野。
4.多媒體教學事先組織好的教學內容，有利于節約教師板書時間，使得教師更加靈活地控制教學節奏、設計教學過程、提高教學效率，同時降低教師上課的強度，避免重復板書這種機械的體力勞動。
二、多媒體教學的注意事項
隨著微機和多媒體技術的發展和普及，多媒體教學正逐步取代傳統的教學方式，有數據統計顯示高等教育80%以上的老師已經視多媒體為必不可少的教學工具。然而，多媒體教學只是一種教學手段，如何合理地使用多媒體技術提高教學質量一直是眾多教師所關注的重點。
（一）多媒體教學具有眾多優勢，但是使用不當，會存在以下問題
1.教師過多依賴多媒體教件，照本宣科，忽略課前備課，對講課內容不熟悉。多媒體課件中已經事先設計好講課的文字、圖片和公式等內容，容易導致教師輕視課前備課，導致在課堂上對所講授內容不熟悉。
2.采用他人多媒體課件，生搬硬套，缺少教師作為教學主體對課程的思考?，F在多數課程都采用了多媒體課件，教師也可能通過很多途徑獲得相關課程的多媒體課件，直接使用他人課件就可能導致教師缺乏對所授課程的積極思考和講課方式的精心設計。
3.多媒體教件成為教師講解演示的工具，缺少師生之間的互動，會導致學生過于被動地接受知識，甚至缺乏學習的興趣。
4.多媒體教件華而不實，分散學生注意力。多媒體教件可以穿插聲音、影像、圖片，建立一個豐富多彩的立體課堂。但是，多媒體教件也同時可能存在過度使用聲、光、影，從而沖淡教學的主要內容，同時分散同學的注意力。
5.多媒體教件的優點之一是知識容量大、信息量多，然而使用不當也會使得這一優點變成缺點。單頁信息量大，重點不突出，也可能導致授課速度過快的缺點。
（二）教師在多媒體教學的過程中，有必要注意以下幾點，才能更好地發揮多媒體教學的優勢
1.使用多媒體課件，應在課前對多媒體課件和教材充分熟悉，對內容了然于胸，并合理板書，引起學生積極性，發揮教師在教學過程中的主導作用。
2.多媒體課件中，注意課程內容的貫穿和表達。多媒體課件的內容安排要站在學生的角度來思考，每幅畫面的出現要符合學生的學習思維習慣。如：逐條顯示畫面的信息，做好前后承接，圖形配以一定的關鍵文字進行說明，公式的推導要像寫板書一樣逐條出現。
3.教師和學生同為主體，互動教學。避免教師在上面不停地講，學生在下面沉默地聽。在多媒體課件設計過程中，要實現分步提示，要適時地拋出問題，引導學生跟著教師的思路走，引導和指導學生主動學習，對學生的疑難問題及時反饋、及時解決。
4.畫面簡潔，只顯示相關信息。要重視心理學中的有意注意和無意注意規律，減少在課件中與教學內容無關系的圖像、音樂、動畫等，否則會使學生把更多的無意注意放在畫面和音樂上，無法專心于真正需要他們關注的教學內容，教學效果大打折扣。因此，不要在多媒體課件上使用不必要的圖像或動畫裝飾。
5.課件上的信息要簡單、準確、明了，突出重點，避免把整段文字搬上屏幕，導致學生來不及看，引起厭煩情緒。講課注意節奏，快慢結合，對于內容簡單的要加快節奏，重點、難點要慢講，從而加深學生對所學知識的理解與消化。由此可見，雖然多媒體教學有著傳統教學不可比擬的優點，合理運用多媒體手段可以提高教學效果，但是多媒體教學并非是改善教學效果的唯一途徑和手段，不能因為其優點而完全拋棄板書等傳統教學手段。更為理智的做法是針對不同的教學內容，采取與之相應的教學手段，綜合利用各種教學方式，取長補短，相輔相成，從而達到提高教學效果的最終目的。
三、《航空發動機強度計算》課程中多媒體教學與傳統教學相結合
關鍵詞：航空發動機；整機振動；高壓渦輪轉子葉片超溫；冷卻失效
中圖分類號：V231 文獻標識碼：A
當代航空發動機的高壓渦輪部件承接在主燃燒室后，是將高溫高壓氣體內能轉化為機械能最重要的部件之一。雖然目前絕大多數的高壓渦輪轉子葉片均采用高性能的單晶合金材料制造，但高溫高壓高轉速的惡劣工作條件下，仍存在多種影響因素導致高壓渦輪轉子葉片局部超溫，進而發生葉片基體脫落等惡性狀況。
以最終確定為高壓渦輪轉子葉片局部超溫原因導致的某航空發動機振動事件進行典型分析，探究造成局部超溫的影響因素，充實完善振動問題數據庫，為后續航空發動機振動問題的判斷提供分析思維導向。
1.振動發動機分解檢查情況概述
1.1 故障現象
某航空發動機試驗過程中，出現振動值急劇上升，大幅超出規定值的現象。立即停止試驗，用孔探儀檢查發現，該航空發動機的高壓渦輪轉子葉片多處燒蝕。
1.2 發動機分解檢查情況
故障發生后，對發動機按大組件進行了分解檢查。外部管路、附件及尾噴口分解未見異常；分解加力擴散器時，發現少量金屬顆粒；分解渦輪后機匣時，發現少量金屬粉末狀顆粒，且多為粉末狀碎屑；分解低壓渦輪轉子組合件時，發現低壓一級導向器密封片變形，低壓一級渦輪葉片表面存在不同程度打傷；分解高壓渦輪轉子組合件時，發現16片葉片存在嚴重損傷掉塊情況，其余葉片存在不同程度的變形，葉片葉尖磨損嚴重；分解主燃燒室聯合單元體時，發現高壓渦輪導向器葉片組上1件堵塊缺失，高壓渦輪導向器葉片表面存在多處不同程度的打傷，高壓渦輪外環塊磨損嚴重，外環塊封嚴片嚴重變形；分解二支點支承組件時，發現二支點密封裝置石墨斷裂一處；分解低壓單元體、高壓機匣、高壓壓氣機轉子及中介機匣組件時，未見明顯異常。
1.3 檢定結果
因主要受損零件集中在渦輪部分，高壓渦輪轉子葉片受損嚴重，故將全臺高壓渦輪轉子葉片（72片）委托中國航空工業集團公司失效分析中心進行分析工作。對高壓渦輪轉子葉片斷口分析結果表明，為高壓渦輪轉子葉片超溫導致的超溫疲勞斷裂。
2.高壓渦輪轉子葉片超溫影響因素分析
葉片出現超溫一般有以下幾個來源：油體霧化不良、燃油品質不良、起動噴嘴油壓過低等造成的燃燒不均勻，富油燃燒，火焰后移等導致的環境超溫；冷卻通道（氣膜孔、型芯堵塞、葉片結構損壞）破壞造成溫度場分布不均勻導致的局部超溫等。從該航空發動機葉片試車情況以及其他部件的損傷情況，對此臺高壓渦輪轉子葉片出現局部區域性超溫的原因展開分析。
2.1 環境超溫
從高壓渦輪轉子葉片損傷周向分布情況看，損傷掉塊且超溫的葉片集中在1/4的區域內。距離較遠的葉片有過熱，但無超溫現象，可以說明高壓渦輪轉子葉片環境溫度無明顯異常，即部分葉片的超溫疲勞斷裂是由局部超溫導致的。
2.2 局部超溫
梳理經驗樹，導致高壓渦輪轉子葉片局部超溫的原因有：高壓渦輪轉子冷卻流路不暢；高壓渦輪轉子葉片頂端蓋板脫落或翹曲；葉片內冷卻通道堵塞；高壓渦輪轉子葉片損傷導致冷卻失效。針對某航空發動機進行逐條分析。
2.2.1 高壓渦輪轉子冷卻流路不暢
該冷卻流路的空氣從高壓壓氣機出口引入轉子盤腔內部，經高壓壓氣機封嚴盤上的一道篦齒流入高壓鼓筒軸外腔，然后又經一道篦齒與經預旋噴嘴后的主燃燒室內環腔的氣流匯合后分為兩股。一股經篦齒盤上的外篦齒后，從導向葉片和轉子葉片根部的間隙流入主流道；另一股經篦齒盤上的孔后流入高壓渦輪工作葉片，對高壓渦輪工作葉片冷卻后，分別從葉片前緣、蓋板上和其他部位的氣膜孔及尾緣的劈縫流入主流道。根據主燃燒室故檢結果，預旋噴嘴處未發現異常，冷卻流路未發現堵塞，故某航空發動機的高壓渦輪轉子葉片局部超溫的原因不為高壓渦輪轉子冷卻流路不暢。
2.2.2 高壓渦輪轉子葉片頂端蓋板脫落或翹曲
高壓渦輪轉子葉片蓋板缺失可造成葉片內冷卻空氣從頂端流出，葉片氣?？谉o冷卻氣流出，葉片氣膜冷卻失效，會造成葉片燒蝕掉塊。檢查葉片蓋板，掉塊較大的高壓渦輪轉子葉片的葉片蓋板在前緣位置完全損傷，其他宏觀未裂葉片的葉片蓋板無明顯掉塊，僅存在^為嚴重的刮磨，及葉背葉尖棱邊變形缺失。該航空發動機曾發生過高壓渦輪轉子葉片蓋板脫落、翹曲故障，與此次事故的現象不符，且高壓渦輪轉子葉片已經采取多種措施，避免蓋板翹曲故障發生。因此認為某航空發動機的高壓渦輪轉子葉片局部超溫的原因為高壓渦輪轉子葉片頂端蓋板脫落或翹曲的概率較低。
2.2.3 葉片內冷卻通道堵塞
外來物堵塞高壓渦輪轉子葉片冷卻通道，有可能導致葉片冷卻的逆流裕度不足而發生超溫。因此做如下工作，分解檢查故障葉片榫頭底部進氣窗口，未發現堵塞物；解剖葉片未發現堵塞現象；復查葉片水流量均合格。據此排除某航空發動機的高壓渦輪轉子葉片局部超溫的原因為葉片內冷卻通道堵塞。
2.2.4 高壓渦輪轉子葉片損傷導致冷卻失效
檢查結果表明，一個高壓渦輪導向器堵塊缺失。該堵塊尺寸為14.8mm×4.3mm×2.2mm，材料為K40M。裝配于高壓渦輪導向葉片上緣板后端，用真空釬焊方法固定，主要作用是封堵葉片緣板鑄造時的工藝退渣口。
將全臺共計72片高壓渦輪轉子葉片做能譜分析，結果表明第14塊高壓渦輪轉子葉片表面存在K40M，且所有高壓渦輪轉子葉片表面未見其他異常外來成分。這表明缺失的高壓渦輪導向器堵塊脫落，并且撞擊了高壓渦輪轉子葉片。分析認為如果高壓渦輪轉子葉片受到外物打傷產生裂紋或裂口，裂紋或裂口損傷隨著高壓渦輪轉子工作出現擴展，使高壓渦輪轉子葉片內部冷卻空氣從損傷處流出，葉片氣模冷卻失效造成葉片超溫燒蝕，在中國航空工業集團公司失效分析中心分析報告中，有3片葉片疲勞起源特征為外物打傷。
因此，高壓渦輪轉子葉片受到外物打傷引起葉片冷卻失效有很大可能是某航空發動機高壓渦輪轉子葉片局部超溫的主要原因。
3.某航空發動機故障檢查結論并改進工藝
在初步判定為高壓渦輪導向器堵塊脫落打傷高壓渦輪轉子葉片引起葉片冷卻失效后，有大量的故障檢查事實滿足以上推論，如：高壓渦輪導向器工藝堵塊掉落；高壓渦輪轉子葉片損傷嚴重；高壓渦輪導向器及其他高壓渦輪后的流道件均有不同程度損傷；高壓渦輪之前的流道件故檢未發現異常；掉塊葉片主要集中在周向約1/4區域內；故障起始發生在高壓渦輪導向器和高壓渦輪之間；從斷口分析結果來看，高壓渦輪轉子葉片出現疲勞斷裂是由于葉片超溫造成材質疲勞性能下降，在源區應力集中（氣膜孔和燒蝕缺陷）和振動應力作用下出現疲勞開裂和擴展，最終導致掉塊；從試車情況分析，應是高壓渦輪轉子葉片發生故障后引起的振動；從以往高導葉片堵塊脫落故障分析，由于高導堵塊焊接工藝存在問題，堵塊存在脫落的可能性，且堵塊脫落對高壓渦輪轉子葉片等零件會造成傷害；從故障原因分析，高導葉片堵塊脫落打傷高壓渦輪轉子葉片可以造成高壓渦輪轉子葉片冷卻失效導致局部超溫，進而發生撕裂掉塊等。
依據分析推得故障模式：發動機工作時，一個高壓渦輪導向器堵塊發生脫落，掉落在高壓渦輪導向器與高壓渦輪轉子葉片之間的流道內。堵塊隨著氣流撞擊到高速旋轉的高壓渦輪轉子某些葉片前緣，對這些葉片產生傷害，形成裂紋或裂口。裂紋或裂口損傷在熱應力、離心應力及振動應力等的共同作用下，逐步擴展，導致高壓渦輪轉子葉片冷卻失效，致使葉片超溫造成材質疲勞性能下降，進而發生撕裂掉塊的情況。撕裂掉塊的葉片殘骸四散，對相鄰高壓渦輪轉子葉片繼續產生傷害。葉片的撕裂掉塊影響了附近其他葉片的冷卻效果，致使其他葉片也發生了超溫的情況。多個葉片的損傷使得高壓渦輪轉子平衡被破壞，高壓渦輪轉子發生振動，發動機振動值激增，振動引起高壓渦輪轉子異位，高壓渦輪轉子葉片與高壓渦輪機匣外環以及空氣導管與低渦軸等發生異常碰磨。
至此，某航空發動機試驗過程中振動故障的原因判定為高壓渦輪導向器堵塊脫落。針對此問題，將高壓渦輪導向器堵塊的工藝方法由真空釬焊改為氬弧焊，某航空發動機后續試驗過程中杜絕了此類問題的發生。
結語
航空發動機的發展很大程度上是由于一次又一次解決了振動問題。振動影響因素眾多，如何準確抓住發動機振動的罪魁禍首，本次試驗過程振動的排除方法可供相關技術人員借鑒：
（1）全面系統檢查故障航空發動機，得到翔實的故障檢查結論；
（2）抓住故障檢查結論重要部分進行最高能力分析；
（3）查閱振動問題數據庫尋找故障發生可能原因，利用排除法分析；
（4）大膽假設最可能原因，尋找事實證明，推理故障模式；
（5）判定故障原因，進行技術改進，充航空發動機振動問題數據庫。
在航空發動機振動問題的解決上，充實完善航空發動機振動問題數據庫、建立符合航空發動機體系的分析問題方法，才是解決振動問題，提升航空發動機試驗技術的正確途徑。
參考文獻
[1]柯招清.高溫燃氣渦輪葉片的內部冷卻和脈動氣膜冷卻的數值研究[D].合肥，中國科學技術大學，2016.
Abstract： This paper， through virtual reality technology， constructed a aero-engine virtual teaching experiment system which can achieve the functions of engine simulation assembly， engine structure display， engine working mechanism demo， engine simulation test. Through the three-dimensional interaction and visual simulation means of this system， the students can get the vision， hearing， touch and other sensory experiences， with a very strong interaction and immersion. Engine virtual teaching experiment system effectively overcome the high cost， operational difficulties and other issues of traditional teaching experiment， so it has great significance to the promotion of China's aviation technical personnel training.
關鍵詞： 航空發動機；虛擬教學；三維仿真；人機交互
Key words： aero-engine；virtual learning；three-dimensional simulation；human-computer interaction
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）11-0181-02
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作者簡介：劉振俠（1963-），男，陜西西安人，教授，研究方向為航空發動機推進理論與工程。
0 引言
航空發動機是當代工業技術發展的結晶，是工業技術“皇冠上的明珠”，對國民經濟、國防建設起著戰略性的作用。隨著軍事需求、民用航空的發展，航空發動機技術日新月異，新的設計構造不斷涌現。但是長期以來，由于人才短缺、基礎薄弱等原因，我國航空發動機技術始終與國外先進國家存在著較大的差距。因此，培養高素質、創新型的航空發動機人才對促進我國航空發動機技術發展至關重要。
實踐教學是航空發動機教學工作中的重要一環，對促進學生了解發動機內部復雜結構、理解相關理論知識起著重要作用。傳統的實踐教學內容主要包括參觀發動機樣機、進行發動機試車實驗等。但是，由于航空發動機內部結構非常復雜，難以觀測到內部細致結構；進行一次航空發動機試車實驗不僅花費高昂，而且對操作者要求極高，只能由專業技術人員操作，學生的參與度很低；另外，航空發動機技術日新月異，教學實驗設備難以及時更新，使學生所學知識與實際應用嚴重脫節。
為了提高學生教學質量，解決航空發動機教學設備陳舊、實驗費用高昂等問題，本文將虛擬現實技術與發動機專業教學相結合，建設了了航空發動機虛擬教學實驗系統。
1 系統組成與功能
實驗系統旨在建立數字化的三維虛擬航空發動機實驗室，可以實現發動機結構的虛擬裝配，發動機試車臺實驗仿真，發動機內部工作原理及內部流場展示等多個教學實驗內容。學生能夠通過這個虛擬空間觀看發動機教學實驗，并通過視、聽、觸等感知行為去體驗，學生能夠主動操作實驗，實驗系統具有很強的交互性與沉浸感。
如圖1所示，為航空發動機虛擬教學實驗系統的軟硬件組成。硬件包括人機交互所用的傳感設備（如數據手套、六自由度鼠標、觸覺與力度反饋器等）、顯示設備（如頭盔、投影屏）、虛擬環境產生器（包括高性能圖形工作站、立體聲音響）；支撐軟件包括對象模型生成軟件、虛擬視景軟件以及程序編輯平臺等。
通過軟硬件結合，航空發動機虛擬教學實驗系統能實現由發動機虛擬裝配、?；瘜嶒?、流場顯示等三個模塊的多種功能。
1.1 發動機虛擬裝配模塊。學生能夠在全場景、沉浸式的虛擬環境下任意角度觀測到航空發動機各大部件及其內部結構，通過配戴數據手套實時交互地對發動機三維模型進行虛擬裝配，加強學生對發動機總體結構和部件間的連接關系的認識；
1.2 航空發動機模化教學視景仿真模塊。此平臺可模擬發動機在工作過程中內部的運行情況，利用視景仿真技術模擬渦輪轉子轉動，氣流在發動機內外函道的流動以及燃燒室和尾噴管的火焰現象，并能通過對油門桿的交互操作實現對這些動態現象的控制，可以使學生從視覺上對航空發動機內部工作狀態有形象直觀的認識；
1.3 發動機試車實驗仿真模塊。能夠模擬能使發動機試車的操作過程，可以使學生了解發動機試車的具體步驟，培養學生對試車實驗的實際操作能力；通過曲線歷程圖和實時數據反映發動機特性參數的變化，加深對發動機工作原理和氣動特性的理解；提供發動機試車的立體音效和控制臺視景仿真，加強了系統的沉浸感；
1.4 流場顯示仿真模塊。能夠模擬發動機內流場質點的流動軌跡，可以使觀測者直觀了解如葉柵繞流等實驗現象及其機理，加深對相關專業課的認識和理解，達到較好的教學效果。
2 系統設計方案
為了應用相應的軟硬件設備，完成航空發動機虛擬教學實驗系統應滿足的需求與功能，采取了以下設計流程來完成系統的搭建，如圖2所示。
2.1 第一層為硬件層，主要由虛擬現實人機交互系統、大屏幕立體顯示系統和小型桌面虛擬現實系統組成。其中小型桌面虛擬現實系統包括高端PC工作站、VR專業三維立體圖形發生器、紅外立體眼鏡及播放器組成和CRT彩色顯示器組成。而人機交互系統包括由六自由度三維空間立體鼠標、數據手套等組成。其中六自由度立體鼠標可實現x、Y、z三個方向上的移動和旋轉功能；而數據手套可以真實地模擬人手的裝配動作和觸覺感應。大屏幕立體顯示系統由投影儀、立體轉換器、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、數據手套等的虛擬裝配環境結構數據，設定立體眼睛雙目視覺間隔參數等。
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、輪廓掃描法和實體掃描等方法建立幾何模型，對物體的形狀、位置、大小等幾何信息，以及發動機各部件間連接關系等拓撲信息進行描述，獲得物體重心、表面積、體積、密度、質量、轉動慣量等幾何、物理參數。
2.4 第四層為支持工具層，在本例中為VEGA虛擬環境開發系統，運行于vC++6.O工作平臺，它提供了大量的處理窗口、環境以及實現虛擬動作的函數。
2.5 第五層為驅動層，包括數據手套、六自由度三維空間鼠標、位置跟蹤器、立體顯示設備等的驅動程序。
2.6 第六層為應用層，可采用vc++6.O開發出面向用戶的友好的虛擬裝配環境。最終用戶并不需要了解繁瑣的函數調用和硬件接口，只需通過空間立體鼠標、力反饋數據手套等輸入裝配控制指令，并通過立體眼鏡、頭盔顯示器等設備觀看到實時的裝配效果。
3 系統應用與前景
航空發動機虛擬教學實驗系統將虛擬現實技術與航空發動機專業教學與實驗相結合，克服了傳統教學方法設備更新困難、試驗費用高昂等問題，突破了傳統教學方式的局限性，有效地推動了教學方式的改革與創新。通過航空發動機虛擬教學實驗系統在教學實踐中的應用，系統有效提高了專業學生的培養質量，節約了實驗教學成本，將我國航空動力專業的教學工作推上了一個新的臺階。同時，虛擬教學實驗系統的思想在土木建筑、軍事教育、醫學教學等領域具有廣泛的應用前景。隨著計算機與多媒體技術、仿真技術、虛擬現實技術的迅速發展，虛擬實驗教學必將突破傳統教學方式得到廣泛應用。
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Abstract: Digital electronic control has been the main development direction of aero-propulsion control system. To grasp the design method of digital syestem, the paper focuses on the study of fuel control to different phase of aero-engine, takes the digital electronic control system as the object,and puts the fuel control as main line. Different working phrase of the fuel system control has been analyzed. Finally, the specific regulation plan was gaven.
關鍵詞： 航空發動機；燃油系統；數字電子控制；計劃
Key words: aero-engine；fuel system；digital electronic control；plan
中圖分類號：V233文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）17-0023-02
0引言
航空發動機的燃油系統用來供給發動機主燃燒室和加力燃燒室的燃油，數子電子控制時，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下，保證供給發動機燃油并自動調節供入發動機主燃燒室所需的燃油量。當數控系統發生故障時，液壓機械備份調節系統可平穩同步接替數控系統工作自動調節主燃油流量。
1調節規律實現
現代航空發動機大都為雙轉子，且多為全權限數控系統。為了保持左、右發動機的匹配性，討論發動機全權限數控系統演示驗證樣機采用的調節規律跟原液壓機械調節規律基本一致。
1.1 穩態調節計劃發動機穩態調節計劃見表1。當低壓轉子轉速N1
1.2 過渡態調節計劃
1.2.1 起動控制
2主燃油供油裝置控制回路分析
圖1為某型數控發動機主燃油控制邏輯原理圖。
航空發動機燃油系統在工作時，電子控制器將理論上計算的燃油流量對應的隨動活塞位置電信號輸出到電液伺服閥，通過電液伺服閥來控制隨動活塞的位置，隨動活塞的位置由LVDT反饋給電子控制器，這樣便構成閉環回路。當兩者有差值時就繼續輸出信號直止驅動隨動活塞到給定位置，通過改變斜盤角度來控制燃油流量。圖2給出了高壓可變柱塞泵在不同轉速下，LVDT電量與燃油流量、高壓可變柱塞泵轉速之間的二維關系曲線。
由圖2中曲線可看出，在高壓可變柱塞泵轉速一定的情況下，燃油流量隨LVDT電量的增加而增大；當LVDT電量一定時，隨著柱塞泵轉速的增加，燃油流量也在增大。從發動機的工作情況來看，柱塞泵是由發動機高壓轉子經多級減速后而帶轉，其減速比為定值2.561，柱塞泵轉速的大小也代表著高壓轉子轉速的大小。當高壓轉子轉速增大時，發動機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，發動機的燃油系統可以實現較好的控制。
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關鍵詞：發動機控制系統 模擬仿真 優化設計
中圖分類號：V233.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0210-02
1 研究背景
研究目的：針對航空發動機控制部件進行實體建模，建立部件數據庫，包含部件的結構參數與控制特性；并搭建控制系統工作特性的仿真平臺，能方便地組建控制系統與分析系統的工作特性，并對系統進行優化設計，服務于教學實踐。
研究意義：航空發動機的發動機性能計算機仿真不僅能夠指導發動機設計、縮短研制周期、節約經費，而且具有良好的可控性、可觀性、安全性、重復性和經濟性等特點。建立合理、準確的航空發動機工作過程的數學模型是發動機性能仿真的基礎，建立適合于各種仿真目的的發動機仿真模型是仿真試驗與分析的關鍵。
2 發動機轉速控制系部件及系統
2.1 動態特性
根據航空發動機轉速控制系統的工作原理，構建轉速控制系統的原理圖。
當系統的輸入量不變，只考慮干擾量時，系統的傳遞函數為
2.2 穩態特性
穩態的誤差是控制系統準確度的一種量度，是控制系統性能的一項重要指標。在航空發動機控制系統中，由于發動機的外界條件經常發生變化，系統要在頻繁的干擾輸入下工作，因此，對干擾恢復穩定時，輸出量的給定值與實際值的偏差。但作為系統穩態性能分析，需要討論系統輸入和干擾輸入兩種情況。
主要根據終值定理：
假設系統的干擾輸入為零，即，誤差傳遞函數為
系統的開環傳遞函數為
系統對單位階躍輸入的穩態誤差為零，對單位斜坡輸入的穩態誤差為常數。
2.3 控制系統模型建立
使用AMESim對航空發動機轉速調節系統建模仿真過程中，首先基于轉速調節器結構原理圖，經對原理圖及工作過程分析，確定對建模仿真具有重要作用的系統關鍵元件；其次，根據各元件特點將調節器主要元件分類為機械元件、液壓元件等；然后針對不同類別，對各元件采取相應的建模方法分別進行建模；最后，再根據原理圖連接各關鍵元件，構建調節器模型。建模過程的主導思想是力求為用戶提供元件盡可能多的輸入參數，并具有盡可能準確的數學模型[1]。
3 控制系統的優化
對于控制系統的優化，根據性能的指標要求對系統性能的參數進行調整。其中，系統不可調整參數為油泵參數K3=1.0，K4=1.0；發動機參數TE=0.9s，KE=0.23[2]，見表1。
通過參數的調整得到不同的單位階躍響應曲線、單位脈沖響應曲線、系統的Bode圖以及系統根軌跡圖（見圖1），對在不同參數下的穩定性、靈敏性、系統的開環頻率特性和閉環系統的時域響應特性，進行分析，找到并得出最合適的控制參數。
發動機的動態特性隨發動機的工作狀態和飛行條件改變而改變。高空低速飛行并且發動機在低轉速狀態工作時，發動機的動態性能最差。因此，在完成設計狀態下的系統性能分析檢查后，必須在各種飛行條件下，對發動機的各種工作狀態進行系統仿真，并按性能指標定量檢查仿真結果。若性能不滿足要求，應重新調整參數值，直至滿足性能指標要求為止。如果調整參數值仍不能達到要求，應重新修改校正裝置結構或重新設計。
4 發展的前景以及優勢
目前研發的航空發動機控制部件及系統仿真教學平臺主要是針對單轉子噴氣式發動機的研究，對于目前新一代航空發動機采取的控制手段是電子控制技術，即全權限數字發動機控制器FADEC。數字電子控制器能夠進行復雜運算，實現更為復雜的控制規律，可以布置更多的發動機載傳感器，用于監控發動機工作狀態并且能使發動機控制系統具備故障診斷和故障重構能力，大大提高可靠性，實現發動機自適應控制[3]。
5 結語
該文研究的主要內容包括：首先，分析了航空發動機控制系統建模仿真技術的發展情況；其次，分析研究了液壓機械式發動機及其轉速控制系統的組成及工作原理，并對帶比例反饋的轉速控制系統的組成及工作原理進行了詳細的分析研究；再次，提出了基于AMESim的航空發動機燃油調節系統建模仿真研究方法；緊接著使用該建模方法對液壓機械式發動機轉速轉速控制系統進行了建模；最后，對開環、閉環轉速控制系統性能分析研究，并對“軟參數”流量系數的計算及變化情況進行詳細的分析研究并得到單位階躍響應曲線、單位脈沖響應曲線、系統的Bode圖以及系統根軌跡圖。
該文所建立的航空發動機轉速控制系統仿真平臺，通用性強，使用靈活，利用此控制系統可以實現各種發動機轉速控制系統的仿真。在已研發的航空發動機控制部件及系統仿真教學平臺的基礎上進行完善、改進，將航空發動機電子控制技術引入進該仿真教學平臺去，拓展航空發動機控制部件及系統仿真教學平臺的應用范圍，有利于更好地理解、學習航空發動機的工作原理。
參考文獻
[1] 陳宏亮.X_8航空發動機燃油調節系統建模仿真研究[D].西安：西北工業大學，2006.
關鍵詞：航空發動機；低渦軸；清洗
中圖分類號：V267 文獻標識碼：A
現代的航空發動機是一個典型的復雜工程技術系統，包含了眾多的相關子系統，其工作過程是極其復雜的氣動熱力傳動的過程。在眾多的部件中，發動機低渦軸是航空發動機傳動系統中的關鍵部件之一。發動機低渦軸在工作時，其表面會吸附很多雜質，影響其工作性能。在發動機修理過程中，需要對低渦軸進行超聲清洗，除去其表面附著的雜質。如果這些雜質不能被徹底的清除，那么航空發動機的安全性能得不到保證。所以，對航空發動機低渦軸進行超聲清洗是發動機大修過程中至關重要的一個環節。
低渦軸超聲清洗機就是專門由于清洗低渦軸的設備，本文詳細介紹了發動機低渦軸超聲清洗機控制系統的設計過程及功能。
1 低渦軸超聲清洗機總體設計
基于低渦軸超聲清洗的工藝要求及超聲清洗機機械設計對電氣控制系統的要求，低渦軸超聲清洗機電氣控制系統應具備以下功能：
（1）電氣系統應具有漏電保護功能。
（2）清洗機具有對清洗槽及儲液槽中清洗液測溫、加熱及自動控溫的功能。
（3）清洗機具有清洗槽中清洗液低位控制功能。
（4）清洗機能夠自動設定及控制超聲清洗時間。
2 清洗液測溫及控溫系統設計
2.1 清洗機測溫功能設計
工藝要求在進行低渦軸超聲清洗時，超聲清洗試機清洗槽內的清洗液要一直保持在特定的溫度區間內，因此設備要對清洗槽內的清洗液進行溫度測量。而且由于儲液槽內的清洗液根據需要會向清洗槽內補液，為防止在工作中達不到溫度要求的清洗液被補進清洗槽中，影響清洗效果，所以對儲液槽內的清洗液進行溫度測量也是十分必要的。
鉑電阻作為一種精密的溫度檢測元件被廣泛應用于智能儀表和自動控制系統。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、穩定性和復現性好等特點，被廣泛用于中溫（-200℃～650℃）范圍的溫度測量中。本試驗器采用鉑電阻測溫方式來測量清洗槽及儲液槽內清洗液的溫度。
2.2 清洗機控溫功能設計
由于低渦軸清洗時需要清洗液溫度保持在一定范圍內，而在工作過程中，清洗液的溫度必然會降低，所以設備需要一套能夠自動加熱控溫的系統。本設備采用溫控表來實現溫度的顯示及自動控制。
現就清洗槽為例，對清洗液的加溫，控溫過程進行說明。工作前，將溫度表的溫度上下限設定好。工作時，由于清洗液的溫度低于溫控表的溫度下限，所以溫度下限報警觸點閉合，加熱管開始工作，清洗槽開始加溫；當清洗液的溫度超過溫控表設定的溫度下限，溫度下限報警觸點斷開，加熱管繼續工作，清洗液的溫度繼續升高；當清洗液的溫度超過溫控表設定的溫度上限，溫度上限報警觸點斷開，加熱管停止工作，隨著超聲清洗工作的進行，清洗液的溫度將會降低；當清洗液的溫度低于溫控表設定的溫度下限，溫度下限報警觸點再次閉合，加熱管開始工作，清洗液溫度升高，直到清洗液的溫度超過溫控表設定的溫度上限，加熱管停止工作。以此往復，清洗槽內的清洗液的溫度將一直保持在設定的工作溫度范圍內。
3 超聲控制系統設計
由于低渦軸為空心軸，為了能夠使清洗的效果更好，所以超聲系統振源分為兩部分：超聲振板――主要功能是使清洗槽內清洗液超聲振動，清洗軸的外表面；超聲振動棒――主要功能是使低渦軸內部的清洗液超聲振動，清洗軸的內表面。
低渦軸的清洗工藝還要求超聲清洗的時間，所以在本設備超聲控制系統中采用定時器來設定超聲振板及振動棒的工作時間，并且在到達工作時間后，設備自動停止超聲振板及振動棒工作，達到精確控制的目的。
4 其它系統設計
4.1 漏電保護系統設計
用于清洗低渦軸的清洗液是導電的液體，加熱管、超聲振板及振動棒出現漏電現象，那么直接威脅著操作者的生命安全，所以設備在設計中增加漏電保護的功能。設備帶有漏電保護功能的空氣斷路器，加熱管、超聲振板及振動棒出現漏電現象，漏電保護器將動作，切斷該用電器主回路電源，使設備處于安全狀態中，保護操作者的人身安全。
4.2 清洗液液位保護系統設計
清洗機工作時，可能出現兩種清洗槽“干燒”現象。第一，工作前忘記向清洗槽中添加清洗液時就開始加熱，由于清洗槽內沒有清洗液造成“干燒”現象；第二，超聲清洗工作時間過長，清洗液揮發嚴重，操作者沒有及時發現造成“干燒”現象。這兩種情況都會對設備造成嚴重的損壞，甚至發生火災等安全事故。為避免這種情況的發生，在清洗槽中增加了液位傳感器。當清洗槽中的清洗液超過液位傳感器設定的下限值時，液位傳感器的常開觸點閉合，將這個觸點串聯在控制回路中，只有這個觸電閉合的情況下才可以進行加熱的工作。
結語
低渦軸是航空發動機的重要部件，其在發動機修理過程中超聲清洗的結果，直接影響著發動機的性能及安全。所以低渦軸超聲清洗機是修理航空發動機必不可缺的試驗設備。通過對低渦軸的技術資料及工藝文件要求的消化理解，確定設計電氣控制系統所需的技術參數，完成試驗器的電氣控制系統設計。設備具有自動控溫、超聲計時控制、清洗液液位低位控制、漏電保護等功能。超聲清洗機的電氣性能完全可以滿足低渦軸的超聲清洗工藝要求，而且系統還具有性能穩定、操作簡單、維護方便、安全性高等特點。
參考文獻
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