航空發(fā)動(dòng)機(jī)論文大全11篇

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篇（1）

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，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)用高昂等問題，本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)專業(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)，并通過視、聽、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)模化教學(xué)視景仿真模塊。此平臺(tái)可模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中內(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，并能通過對(duì)油門桿的交互操作實(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)試車實(shí)驗(yàn)仿真模塊。能夠模擬能使發(fā)動(dòng)機(jī)試車的操作過程，可以使學(xué)生了解發(fā)動(dòng)機(jī)試車的具體步驟，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)試車實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作能力；通過曲線歷程圖和實(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)滿足的需求與功能，采取了以下設(shè)計(jì)流程來完成系統(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開發(fā)出面向用戶的友好的虛擬裝配環(huán)境。最終用戶并不需要了解繁瑣的函數(shù)調(diào)用和硬件接口，只需通過空間立體鼠標(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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篇（2）

1 引言

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，要經(jīng)過大量整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛才能最終確定燃油與控制系統(tǒng)的性能、可靠性和操縱性。在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中，臺(tái)面儀表僅顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和告警參數(shù)，幾乎沒有監(jiān)控顯示燃油與控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。如果不對(duì)燃油與控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試改裝，在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中則無(wú)法預(yù)估燃油與控制系統(tǒng)的安全可靠性，也不利于燃油與控制系統(tǒng)的故障排查。為了降低整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛的風(fēng)險(xiǎn)，必須加強(qiáng)燃油與控制系統(tǒng)的全面監(jiān)控，保障試驗(yàn)安全可靠的進(jìn)行。

2 燃油與控制系統(tǒng)組成

燃油與控制系統(tǒng)主要由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調(diào)節(jié)器、電子控制器、燃滑油散熱器、超轉(zhuǎn)放油閥、各類傳感器及電纜等附件組成。

3 燃油系統(tǒng)測(cè)試

燃油系統(tǒng)由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調(diào)節(jié)器、燃滑油散熱器及超轉(zhuǎn)放油閥等附件組成，其作用是將燃油輸送到燃燒室，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下所需的燃油。飛機(jī)或臺(tái)面儀表僅監(jiān)控燃油濾堵塞和燃油壓力低兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)告警信號(hào)。因此，必須對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試改裝，才能全面監(jiān)控燃油系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保證試驗(yàn)安全進(jìn)行。

3.1增壓泵進(jìn)出口燃油壓力和燃油溫度的測(cè)試

燃油系統(tǒng)組成元件，尤其是燃油調(diào)節(jié)器只能在特定的進(jìn)口燃油壓力和溫度范圍內(nèi)正常工作，否則工作異常，給發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作造成一定的影響。通過對(duì)增壓泵進(jìn)出口燃油壓力和溫度進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，可以避免燃油系統(tǒng)在燃油壓力和溫度規(guī)定值外工作，如圖1所示。燃油壓力開關(guān)雖然具有燃油壓力低告警功能，但是不能對(duì)燃油壓力數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控。通過在燃油壓力開關(guān)和燃油管路連接處增加一個(gè)三通的管接頭，既不影響燃油壓力低告警功能，又可以監(jiān)控燃油壓力的實(shí)際值。在試驗(yàn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)增壓泵后燃油壓力數(shù)值異常，便提醒操作員降低飛行高度或者打開飛機(jī)油箱增壓泵，避免造成不必要的損失。

3.2計(jì)量燃油流量和計(jì)量燃油壓力的測(cè)試

燃油系統(tǒng)首要的任務(wù)就是保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下的燃油需求，燃油調(diào)節(jié)器便是完成該任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電子控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)輸出計(jì)量油針給定信號(hào)至泵調(diào)節(jié)器，泵調(diào)節(jié)器接收到信號(hào)后輸出相應(yīng)的燃油，并將計(jì)量油針反饋信號(hào)傳輸給電子控制器。泵調(diào)節(jié)器理論供油流量和實(shí)際供油流量有一定的誤差，誤差超出一定范圍時(shí)就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。通過對(duì)泵調(diào)節(jié)器出口對(duì)計(jì)量燃油流量和燃油壓力進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)泵調(diào)節(jié)器實(shí)際供油流量和理論供油流量的對(duì)比分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控泵調(diào)節(jié)器的工作特性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)超轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，電子控制器控制超轉(zhuǎn)放油閥按照既定規(guī)律工作，可以避免飛機(jī)因發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)停車而失去動(dòng)力。在超轉(zhuǎn)放油閥出口測(cè)試監(jiān)控燃油特性，不但可以監(jiān)控超轉(zhuǎn)放油閥的工作狀況，也可以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴前的燃油壓力。

4控制系統(tǒng)測(cè)試

控制系統(tǒng)集信號(hào)采集與處理、故障診斷與對(duì)策、控制方法與控制規(guī)律于一體，主要由傳感器、電纜和電子控制器等組成，其中電子控制器軟件和硬件結(jié)合在一起成為控制系統(tǒng)的核心部件。

在正常使用過程，電子控制器將發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)和控制系統(tǒng)故障告警信號(hào)輸送至臺(tái)面儀表，但是傳感器和電子控制器的工作特性無(wú)法監(jiān)控。為了在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛時(shí)，實(shí)時(shí)掌握控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，便于故障的排查和分析，可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試改裝，具體如圖2所示。在電子控制器方案設(shè)計(jì)時(shí)，便充分考慮了整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛測(cè)試改裝的需要，對(duì)其通訊端口進(jìn)行了余度設(shè)計(jì)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)時(shí)，電子控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)顯示信號(hào)參數(shù)及試驗(yàn)曲線、開關(guān)量狀態(tài)、故障告警信息等，還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，具體如圖3所示。

在科研試飛時(shí)，電子控制器可以和飛機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是飛機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)只能將少量關(guān)鍵信息傳輸至地面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過將整機(jī)試驗(yàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊接口處安裝一個(gè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀，可以詳細(xì)記錄存儲(chǔ)試驗(yàn)過程燃油與控制系統(tǒng)的信息，以便進(jìn)行曲線回放和分析，也為燃油與控制系統(tǒng)安全性評(píng)估及故障排查提供依據(jù)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

燃油與控制系統(tǒng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)燃油與控制系統(tǒng)實(shí)際供油流量比理論供油流量低，引起發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗，如圖4所示。

燃油與控制系統(tǒng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)裝飛機(jī)科研試飛時(shí)，控制系統(tǒng)向飛機(jī)座艙儀表輸出導(dǎo)葉電磁閥故障。通過分析控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)因?qū)~給定信號(hào)和反饋信號(hào)偏差超出規(guī)定值，引起控制系統(tǒng)報(bào)導(dǎo)葉電磁閥故障。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，可以全面掌控在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中燃油與控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也能預(yù)先評(píng)估燃油與控制系統(tǒng)的安全可靠性，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。測(cè)試監(jiān)控存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也為燃油與控制系統(tǒng)的故障排查和分析提供了依據(jù)，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)研制工作順利開展。

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篇（3）

“大學(xué)課程綜合化既是現(xiàn)代社會(huì)和當(dāng)代科技日趨綜合的反應(yīng)，又是大學(xué)與社會(huì)發(fā)展日益密切的結(jié)果，更是高等教育內(nèi)部發(fā)展的邏輯要求”[1]。當(dāng)前，快速發(fā)展的中國(guó)民航要求建設(shè)適應(yīng)民航強(qiáng)國(guó)需要、支撐現(xiàn)代民航教育體系的人才培養(yǎng)體系和科技創(chuàng)新體系，從而不斷提升為行業(yè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的能力。在此背景下，為改進(jìn)飛行器動(dòng)力工程專業(yè)本科學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的提高，進(jìn)行了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革的探索與實(shí)踐。

1課程改革的歷史必然性分析

中國(guó)民航大學(xué)的飛行器動(dòng)力工程專業(yè)是一個(gè)主要面向航空維修領(lǐng)域的特色專業(yè)。成立六十多年來，一直緊密貼近民航發(fā)展，在課程設(shè)置上也體現(xiàn)了行業(yè)需求，其中的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程就是這樣的一門課程，主要講授發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)基本部件的工作原理、控制特性，以及典型民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成及功能特點(diǎn)等，希望學(xué)生能夠通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的控制原理，熟悉民航主力機(jī)型控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)。在近年來的授課過程中，發(fā)現(xiàn)了一些新的問題需要加以解決，主要體現(xiàn)在：

1.1近年來民航主力機(jī)型的控制系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的液壓機(jī)械式控制系統(tǒng)全面更換為全權(quán)限的數(shù)字式電子控制系統(tǒng)（FADEC），在控制部件的工作原理、系統(tǒng)功能及運(yùn)行模式上都體現(xiàn)除了與過去截然不同的特點(diǎn)，尤其是大量電子技術(shù)的引入，使得發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程融合了機(jī)械、液壓、電子、流體力學(xué)、傳熱等多學(xué)科的知識(shí)，體現(xiàn)了綜合化的特點(diǎn)，對(duì)教師教學(xué)提出了更高的要求。

1.2行業(yè)快速發(fā)展過程中引入了大量的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型，要求學(xué)生在使用過程中快速掌握其工作特點(diǎn)。這就要求在課程內(nèi)容上，體現(xiàn)知識(shí)的廣度，并且貼近民航實(shí)際，在原理講授中要有針對(duì)性，講解過程簡(jiǎn)單易懂。

1.3二十一世紀(jì)的高等教育越來越重視創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，由于信息科技的大量應(yīng)用，使得學(xué)生可以在短期內(nèi)獲得大量的信息，此時(shí)更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新型思維以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，因此課程設(shè)置一定要有利于學(xué)生思維廣度、深度及靈活性的發(fā)展[2]。

1.4行業(yè)需求導(dǎo)致的學(xué)生擴(kuò)招帶來了教學(xué)資源的緊張，而與此同時(shí)需要進(jìn)一步地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，因此在課程講授中除了要體現(xiàn)現(xiàn)動(dòng)機(jī)控制的特點(diǎn)，也要與時(shí)俱進(jìn)地在教學(xué)資源配置上，尤其是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)的方法手段上作出改變。

2改革的具體措施

針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程出現(xiàn)的問題，決定針對(duì)此課程開展綜合化改革。關(guān)于課程的綜合化，研究者形成了以下幾方面的認(rèn)識(shí)：第一種是“學(xué)科之間的綜合”說，既包括課程體系的綜合化，也包括課程內(nèi)容的綜合化，還要從課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)方式、甚至從課程的教學(xué)組織形式進(jìn)行整體分析并加以綜合，形成一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)；第二種是“學(xué)科、社會(huì)和學(xué)習(xí)者之間的綜合”說，即課程綜合化泛指課程組織結(jié)構(gòu)中各要素（學(xué)科、社會(huì)、學(xué)習(xí)者）之間的各種各樣的橫向關(guān)系或聯(lián)系。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革的具體措施包括：

2.1課程知識(shí)點(diǎn)的綜合化。

課程的綜合化就是要強(qiáng)調(diào)學(xué)科領(lǐng)域之間的聯(lián)系和一致性，避免由于過早或過分地強(qiáng)調(diào)各個(gè)領(lǐng)域的區(qū)別和界限，而導(dǎo)致的課程之間的彼此孤立、相互重復(fù)或脫節(jié)的狀態(tài)。為了完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程內(nèi)容的綜合化，首先明確了綜合化的目標(biāo)是統(tǒng)整各相關(guān)學(xué)科知識(shí)，通過學(xué)生的關(guān)聯(lián)式、研究式、體驗(yàn)式等綜合化學(xué)習(xí)，克服分科課程的局限。之后，通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的前置課程和后續(xù)課程知識(shí)點(diǎn)的梳理，明確具體講授的知識(shí)點(diǎn)，并在課程設(shè)置上進(jìn)行了合并，主要是合并了自動(dòng)控制原理課程，對(duì)自控原理相關(guān)的內(nèi)容依照實(shí)際需求進(jìn)行了刪減，僅保留卻為授課所需的內(nèi)容。另外加大了控制系統(tǒng)特點(diǎn)的總結(jié)，有意識(shí)地減少課程講授的機(jī)型數(shù)量，減少學(xué)生負(fù)擔(dān)，給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)時(shí)間和內(nèi)容。最終，通過知識(shí)點(diǎn)的整理，整個(gè)控制類課程的授課學(xué)時(shí)由原先的108課時(shí)縮減為54學(xué)時(shí)。

2.2課程與行業(yè)的綜合。

行業(yè)需求一直是引領(lǐng)課程改革的方向標(biāo)，當(dāng)前的航空維修工作對(duì)機(jī)務(wù)人員綜合運(yùn)用知識(shí)和技能的要求增高；此外，為了能使得大學(xué)更好地為社會(huì)服務(wù)，需要開展課程與行業(yè)的綜合工作。在本課程的授課中，尤其是在典型發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的講授中，引入了航空公司所使用的培訓(xùn)教材，包括其所應(yīng)用的CBT（計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練）軟件，同時(shí)引入企業(yè)或培訓(xùn)單位有經(jīng)驗(yàn)的一線工作人員進(jìn)課堂，為學(xué)生帶來一手的技術(shù)資料。此外，還注重加大學(xué)生企業(yè)實(shí)踐的比例，使得學(xué)生在實(shí)習(xí)的過程中消化理解課堂講授的知識(shí)。當(dāng)前，正在結(jié)合卓越工程師計(jì)劃的開展，力圖開門辦學(xué)，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐技能。

2.3課程與學(xué)生的綜合。

在新世紀(jì)里，人的全面發(fā)展包括四層內(nèi)涵：完整發(fā)展、和諧發(fā)展、多方面發(fā)展和自由發(fā)展[3]。傳統(tǒng)的大學(xué)課程設(shè)置和傳授都是以分科課程為主導(dǎo)的，很難實(shí)現(xiàn)人的這種全面發(fā)展的需要，會(huì)導(dǎo)致人的發(fā)展的片面化。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革中，要改變課程分割的局面，同時(shí)要大力轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單向的以教師為中心的授課方式，轉(zhuǎn)為以學(xué)生為主的課程學(xué)習(xí)。具體措施除了課程內(nèi)容的綜合外，還體現(xiàn)在小班授課和借用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行溝通交流，組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和體驗(yàn)式的教學(xué)。通過大作業(yè)的方式，組織學(xué)生進(jìn)行科研課題形式的思考和研究，使得其能綜合運(yùn)用所學(xué)的內(nèi)容。

2.4課程與教師的綜合。

隨著課程綜合化改革的推廣與深入，教師教學(xué)能力及其結(jié)構(gòu)的更新和提高，已經(jīng)成為教育改革面臨的重要問題。總之，“課程改革需要教師提高教學(xué)能力”[4]。在課程改革中，教學(xué)過程的不確定性對(duì)教學(xué)提出了更高的要求，由于學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，教師更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)別化發(fā)展；改變課堂學(xué)習(xí)方式，探究與合作成為師生教學(xué)活動(dòng)的主體；課堂應(yīng)該更為的開放[5]。綜上，在實(shí)際的課程綜合化改革中，除了通過培訓(xùn)、交流、講義編寫、課程開發(fā)等工作，逐漸提高老師的專業(yè)技能外，還需要教師把教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法手段有機(jī)的結(jié)合起來，整合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，靈活運(yùn)用多種教學(xué)策略，開發(fā)課程資源，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，并整合相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境[6]。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革中，為了營(yíng)造這種環(huán)境，專門在專業(yè)教室內(nèi)進(jìn)行授課，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、多媒體、控制部件實(shí)物等啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考。

2.5教學(xué)與科研的綜合。

科研與教學(xué)是高等學(xué)校的兩個(gè)重要職能。高等學(xué)校一方面通過科學(xué)研究探索真理，發(fā)展知識(shí)，構(gòu)成了社會(huì)發(fā)展的思想庫(kù)；一方面通過教學(xué)挖掘和開發(fā)人的潛在能力，為社會(huì)發(fā)展積累有知識(shí)和創(chuàng)造性的人力資本。但在高等教育的實(shí)踐過程中，如何處理教學(xué)與科研的關(guān)系卻一直是一個(gè)重要的命題[7]。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革中，有意識(shí)地將教學(xué)與科研進(jìn)行了綜合，在教材的編寫、實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中，將最新的科研成果引入了教堂，使得學(xué)生能夠接觸到最新的科研進(jìn)展；另外還通過引入科研機(jī)構(gòu)的教師參與授課，將名師帶入課堂，也促進(jìn)了知識(shí)內(nèi)容與體系的更新；同時(shí)，對(duì)在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的有科研潛力和興趣的學(xué)生，也適當(dāng)分配了一些科研輔助工作，注重在科研過程中培養(yǎng)其能力和興趣。

3綜合化改革實(shí)踐與分析

目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革已經(jīng)在試點(diǎn)班進(jìn)行了一輪的授課，各項(xiàng)措施得到了落實(shí)，在實(shí)踐過程中，通過對(duì)綜合化改革的反思，得到了以下看法。

3.1包括綜合化改革在內(nèi)的課程改革是一個(gè)長(zhǎng)期化的過程，需要教師、學(xué)生及教務(wù)工作者在一輪一輪的授課中動(dòng)態(tài)地處理遇到的問題，只有堅(jiān)持以學(xué)生為中心的思想，堅(jiān)持提高教育教學(xué)質(zhì)量這一根本性目標(biāo)，才能解決前進(jìn)中遇到的困難，并且要得到更廣泛的參與和支持，不僅僅是來自教師的力量，更重要的還得有行業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的支撐，才能使得課程在瞬息萬(wàn)變的時(shí)代中歷久彌新。

3.2綜合化改革中需要進(jìn)一步地更新思想觀念，打破本位意識(shí)，打破課程與課程間的孤立和隔離，打破學(xué)校與社會(huì)和行業(yè)間的距離，融合教學(xué)與科研，真正地實(shí)現(xiàn)課程的綜合化。

3.3在改革中要不斷地加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)。可以說教師是主導(dǎo)改革進(jìn)程的參與者，但更應(yīng)該成為領(lǐng)導(dǎo)者，只有教師能力上去了，才能更好地建設(shè)包括教材、實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的教學(xué)資源，才能在課堂上有意思的引領(lǐng)學(xué)生，才能真正地將改革的意圖貫徹好，將改革的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)好。

3.4高等學(xué)校的課程改革，尤其是一些主干核心課程的改革要慎之又慎，本著對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)的態(tài)度，要量力而行，扎扎實(shí)實(shí)地推進(jìn)，可以考慮的是以試點(diǎn)班的形式進(jìn)行驗(yàn)證后再進(jìn)行推廣。

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篇（4）

（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狀態(tài)加速到慢車狀態(tài)的過程，空中起動(dòng)即發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車再點(diǎn)火起動(dòng)加速到慢車狀態(tài)的過程。發(fā)動(dòng)機(jī)可靠、快速的起動(dòng)過程對(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)速加速到慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動(dòng)過程。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)候沒有空氣流過發(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。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加速到慢車轉(zhuǎn)速ni。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)高空起動(dòng)過程航空發(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，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]。空中起動(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)分兩種類型：起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)起動(dòng)和風(fēng)車點(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。一般來說，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，一般來說發(fā)動(dòng)機(jī)比較容易起動(dòng)。但是，大氣溫度過高時(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)的燃料就嫌過多，以至于混合氣過于富油，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”狀態(tài)。在噴管未臨界時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車狀態(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)車轉(zhuǎn)速一般為50%~70%，在轉(zhuǎn)速低的情況下，由于進(jìn)口來流滯止造成發(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)停沟闷饎?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，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，或短時(shí)間被迫停車（例如為了消除壓氣機(jī)中氣流的嚴(yán)重分離而被迫停車）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)過程起到關(guān)鍵性的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]廉筱純，吳虎.航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.6.

[2]王勤芳.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理.南京航空航天大學(xué).2006.8.

[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.

篇（5）

我國(guó)科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的背后潛伏著不可小覷的隱憂。“有星無(wú)芯”：“北斗”遨游太空占盡風(fēng)光，但接收終端的導(dǎo)航芯片長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口。近年來雖然國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片，但生產(chǎn)的芯片水平不盡如人意，這是衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的院士們最為擔(dān)憂的“心病”，也是“北斗”產(chǎn)業(yè)的“短板”。“有機(jī)無(wú)心”：航空發(fā)動(dòng)機(jī)被喻為飛機(jī)的“心臟”，當(dāng)中國(guó)的殲-15艦載機(jī)、殲-10戰(zhàn)斗機(jī)、殲-20戰(zhàn)斗機(jī)及近日首飛的殲-31戰(zhàn)斗機(jī)藍(lán)天展翅的時(shí)候，同樣存在著“短板”――發(fā)動(dòng)機(jī)是進(jìn)口的。對(duì)這種制造業(yè)的“心病”，中國(guó)工程院院士徐匡迪有精準(zhǔn)的概括：“在產(chǎn)業(yè)上，我們有規(guī)模，但缺乏實(shí)用；在產(chǎn)品上，我們有數(shù)量，但缺乏水平；在生產(chǎn)上，我們有速度，但缺乏效益；在技術(shù)上，我們有引進(jìn)、仿制，但缺乏原創(chuàng)。”

諸多專家為中國(guó)飛機(jī)的“心臟”先天不足把脈，主要病象是：基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)儲(chǔ)備不足，試驗(yàn)設(shè)施不健全；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制規(guī)律認(rèn)識(shí)不足；基本建設(shè)戰(zhàn)線過長(zhǎng)、攤子過大、力量過散、低水平重復(fù)；管理模式相對(duì)落后，缺乏科學(xué)民主的決策機(jī)制和穩(wěn)定、權(quán)威的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃。就筆者的經(jīng)歷而言，這正是中國(guó)機(jī)械工業(yè)的通病，諸如大自汽車、拖拉機(jī)、坦克的發(fā)動(dòng)機(jī)，小至手機(jī)、手表、精密儀器等產(chǎn)品的核心部件，盡管這些年來投入相當(dāng)可觀，卻始終不能成為產(chǎn)品的問鼎者，只因沒有掌握核心技術(shù)而受制于人。當(dāng)然也有創(chuàng)新的范例，“中星微”推出“星光工程”，結(jié)束中國(guó)“無(wú)芯”的歷史。按照鄧中翰博士的說法，也只是“瞄準(zhǔn)市場(chǎng)空白，而不是填補(bǔ)技術(shù)空白；要做能夠占領(lǐng)市場(chǎng)的產(chǎn)品，而非實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品。”

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂。在諳熟中國(guó)中國(guó)航空制造業(yè)的專家看來，“研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)比登月還難”！ 航空技術(shù)行業(yè)嚴(yán)重缺乏對(duì)機(jī)械產(chǎn)品悟性深刻的設(shè)計(jì)師和技術(shù)工人。“悟性深刻”意謂需要有“靈魂”的創(chuàng)新人才。設(shè)計(jì)師需要有個(gè)“聰明的腦袋瓜子”，不僅會(huì)模仿，更重要的是“靈魂出竅”，玩出別開生面的花樣。要允許設(shè)計(jì)師異想天開，特別是思想自由，天馬行空。遺憾的是國(guó)內(nèi)在培養(yǎng)人才方面還存在著欠缺。王石美國(guó)留學(xué)歸來后，談到舊金山和紐約的高度發(fā)展，原因在于這兩座城市匯聚了“聰明的腦袋瓜子”。疾呼“國(guó)內(nèi)的教育制度不改革，無(wú)法培養(yǎng)出精英的腦袋瓜子”。心靈手巧的高級(jí)技師同樣重要。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件數(shù)以萬(wàn)計(jì)，種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其裝配主要采用手工方式，裝配精度和質(zhì)量依賴于裝配技師的操作經(jīng)驗(yàn)和熟練程度。長(zhǎng)期以來我們的教育對(duì)技術(shù)工人重視不夠，對(duì)“中國(guó)制造”誰(shuí)來制造的問題熟視無(wú)睹，為此吃了大虧。小學(xué)玩奧數(shù)，中學(xué)看分?jǐn)?shù)，大學(xué)混文憑，讀博重論文，培養(yǎng)的學(xué)生多是眼高手低不如“機(jī)器人”。中國(guó)的輿論陣地，即使是所謂的“國(guó)臉”“名嘴”們，玩的也多是“政治術(shù)語(yǔ)”、“游戲人生”，誤導(dǎo)青年去爭(zhēng)當(dāng)“公務(wù)員”、做“明星夢(mèng)”。

中國(guó)需要更多的“耐得住寂寞，經(jīng)得住喧鬧”的科技人才。倘若改變中國(guó)“缺心”、“少芯”的局面，關(guān)鍵是要挖掘有“靈魂”的人才。在培養(yǎng)尖端人才方面，力度、廣度和深度都嫌不夠，說到肯綮處，還是對(duì)人才的認(rèn)知度不夠。面臨美歐日韓創(chuàng)新產(chǎn)品的層出不窮，如果我們還是走引進(jìn)、仿制甚至“山寨”的老路，那只能是“填空補(bǔ)缺”、“望其項(xiàng)背”，很難“并駕齊驅(qū)”，也就更談不上達(dá)到“獨(dú)樹一幟”登頂而“一覽眾山小”的佳境。

篇（6）

（Naval Aeronautical and Astronautical University Qingdao Branch，Qingdao 266041，China）

摘要：為了挖掘隱藏在飛參數(shù)據(jù)背后的信息知識(shí)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)進(jìn)行判別研究。利用飛參數(shù)據(jù)中與發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)相關(guān)的九個(gè)參數(shù)和典型的故障數(shù)據(jù)，分別建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹模型，通過結(jié)果的比較，確定了最佳分類預(yù)測(cè)模型。

Abstract: In order to tap the information and knowledge hidden behind the flight data, we use data mining technology to judge and research the health status of aero-engine. Making use of nine parameters and typical fault data related with engine health, the models of neural network and decision tree were established respectively, and the optimum model of classification and prediction was determined by comparing the results.

關(guān)鍵詞：飛參數(shù)據(jù) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 決策樹 Clementine

Key words: flight data；neural network；decision tree；Clementine

中圖分類號(hào)：V23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）19-0019-02

0引言

飛參數(shù)據(jù)是由飛參采集記錄設(shè)備所記錄的與飛機(jī)飛行性能、設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的實(shí)時(shí)飛行數(shù)據(jù)。主要用行事故調(diào)查、飛機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)務(wù)維修和飛行質(zhì)量評(píng)估。隨著參數(shù)量的增加，采樣率的提高，記錄時(shí)間的延長(zhǎng)，飛參系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)量也急劇膨脹，為飛參工作人員利用地面數(shù)據(jù)處理軟件確定機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的故障以及幫助地勤維護(hù)人員視情維修帶來了巨大的挑戰(zhàn)。目前，各種飛參地面數(shù)據(jù)處理軟件依賴邏輯運(yùn)算判據(jù)對(duì)機(jī)載設(shè)備的故障狀態(tài)定性進(jìn)行描述，積累了海量的描述性故障數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在飛參數(shù)據(jù)智能處理中的應(yīng)用帶來了廣闊的應(yīng)用前景。

1基于發(fā)動(dòng)機(jī)飛參故障數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的循序漸進(jìn)的螺旋式數(shù)據(jù)探索過程，主要包括業(yè)務(wù)理解、數(shù)據(jù)理解、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建立模型、方案評(píng)估和方案實(shí)施等多個(gè)階段。根據(jù)某航空部隊(duì)所反饋的有關(guān)飛參數(shù)據(jù)故障現(xiàn)象的描述，問題大多出在發(fā)動(dòng)機(jī)上。因此，數(shù)據(jù)挖掘過程圍繞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立模型和結(jié)果分析三大環(huán)節(jié)。

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理一般來說，在整個(gè)數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵤┻^程中，70%的工作量用于進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)所描述的故障現(xiàn)象，涵蓋起飛階段、空中飛行階段以及著陸階段所出現(xiàn)的左發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)、右發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)、雙發(fā)超轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速相同情況下左發(fā)動(dòng)機(jī)或右發(fā)動(dòng)機(jī)排溫不正常、排溫相同情況下左發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或右發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不正常、左發(fā)動(dòng)機(jī)或右發(fā)動(dòng)機(jī)最高排溫偏低等方面。通過對(duì)所描述飛參故障數(shù)據(jù)的分析，發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)y可定義為四個(gè)類別，即左發(fā)動(dòng)機(jī)故障、右發(fā)動(dòng)機(jī)故障、兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)均故障、正常，分別用數(shù)值1、2、3、4表示（注意此處故障包括具有故障征兆的含義）。事實(shí)上，新生成的發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)屬性y是對(duì)定性故障描述數(shù)據(jù)的一個(gè)定量處理。而依據(jù)故障現(xiàn)象描述及飛參判據(jù)從51個(gè)參數(shù)中篩選與發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)有關(guān)的9個(gè)參數(shù)，分別為指示空速、左發(fā)排氣溫度、右發(fā)排氣溫度、左發(fā)高壓轉(zhuǎn)速、右發(fā)高壓轉(zhuǎn)速、左起落架放下、右起落架放下、襟翼放下25度、襟翼放下35度，用參變量xi（i=1，2，…，9）表示。經(jīng)過參數(shù)篩選和新屬性生成，接下來就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、抽樣處理。數(shù)據(jù)合并生成112901個(gè)樣本，抽樣后生成60411個(gè)樣本。數(shù)據(jù)預(yù)處理節(jié)點(diǎn)流程見圖2明確變量角色節(jié)點(diǎn)之前。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與決策樹算法作為數(shù)據(jù)挖掘算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與決策樹是常用的分類預(yù)測(cè)方法，其分類也甚多，這里主要介紹所使用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹中的C5.0算法。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種前饋式、多層、感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)。圖1是含有一個(gè)隱層的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輸入向量為X=（x1，x2，…，xn），輸出向量為Y=（y1，y2，…，ym）。

隱層的輸出Uj及網(wǎng)絡(luò)輸出yk的計(jì)算公式如下：

U■=f■w■x■+θ■ j=1，2，…，p（1）

y■=f■w■U■+θ■k=1，2，…，m（2）

式（1），（2）中，wij是輸入層與隱層的連接權(quán)值，wjk是隱層與輸出層的連接權(quán)值，f是（0，1）型Sigmoid激活函數(shù)，即：

f（z）=■（3）

網(wǎng)絡(luò)的確定主要由訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)隱層的連接權(quán)值ωij、ωjk和閾值θj、θk進(jìn)行調(diào)解，以達(dá)到最佳輸入輸出的映射關(guān)系。

決策樹是一個(gè)可以自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的樹形結(jié)構(gòu)，是樹形結(jié)構(gòu)的知識(shí)表示，可以直接轉(zhuǎn)換成分類規(guī)則。決策樹算法是以一組樣本數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的一種歸納學(xué)習(xí)方法，著眼于從一組無(wú)序、無(wú)規(guī)則的樣本數(shù)據(jù)中推理出決策樹表示形式的分類規(guī)則[1]。而C5.0作為決策樹算法之一，是C4.5的商業(yè)化版本，其核心與C4.5相同。下面對(duì)C4.5算法進(jìn)行描述[2]：

輸入：R-候選屬性的集合（可以是連續(xù)值），C-分類屬性，S-訓(xùn)練集。輸出：一棵決策樹。

方法：

①創(chuàng)建結(jié)點(diǎn)N。如果訓(xùn)練集為空，則返回結(jié)點(diǎn)N并標(biāo)記為Failure；如果訓(xùn)練集中的所有記錄都屬于一個(gè)類別，則以該類標(biāo)記結(jié)點(diǎn)N；如果候選屬性為空，則返回N作為葉節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記為訓(xùn)練集中最普通的類。

②for each 候選屬性attribute_list。

③if 候選屬性是連續(xù)的 then 對(duì)該屬性進(jìn)行離散化。

④選擇候選屬性attribute_list中具有最高信息增益的屬性D。標(biāo)記結(jié)點(diǎn)N為屬性D。

⑤for each 屬性D的已知值di。由結(jié)點(diǎn)N長(zhǎng)出一個(gè)條件為D=di的分支。

⑥設(shè)Si是訓(xùn)練集S中剩的訓(xùn)練樣本的集合。

⑦if Si為空。加上一個(gè)樹葉，標(biāo)記為訓(xùn)練集中最普通的類。

⑧else 加上一個(gè)由C4.5（R-{D}，C，Si）返回的結(jié)點(diǎn)。

1.3 Clementine建模及結(jié)果分析選擇Clementine12.0軟件作為數(shù)據(jù)挖掘工具，xi（i=1，2，…，9）為條件屬性，發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)y為決策屬性，分別建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹模型，從60411個(gè)樣本中抽取70%的樣本作為訓(xùn)練樣本，30%樣本作為檢驗(yàn)樣本，執(zhí)行的結(jié)果作為結(jié)點(diǎn)加入數(shù)據(jù)流中。數(shù)據(jù)挖掘流程如圖2。條件屬性值經(jīng)[0,1]標(biāo)準(zhǔn)化處理后的決策樹分類預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。其中1_Training 是訓(xùn)練樣本，2_Testing是檢驗(yàn)樣本，$C-故障類別是故障類別的預(yù)測(cè)值，$CC-故障類別是預(yù)測(cè)置信度。

表2給出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹分類預(yù)測(cè)精度的對(duì)比。通過比較可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹的分類預(yù)測(cè)精度都非常高，兩者差距不大，但是從執(zhí)行效率上相比，決策樹明顯優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅用時(shí)34秒，所以選擇決策樹作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)的分類預(yù)測(cè)模型比較理想。

2結(jié)論

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的核心部件，其健康狀態(tài)直接影響飛行質(zhì)量和飛行員的安全。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛參故障數(shù)據(jù)的分析處理可知，面對(duì)海量的飛參數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)的分類預(yù)測(cè)是可行且具有推廣價(jià)值的。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖芹，郝志峰，陳志宏.數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)學(xué)建模[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.2.

篇（7）

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，有什么問題你們可以隨便提問。

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)問您是從什么時(shí)候開始研究的，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)蘭開斯特大學(xué)的科研工作回國(guó)后，來到哈工大工作。此后，我就開始從事轉(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)定性問題的一些研究，并在轉(zhuǎn)子軸承的油膜力表征、帶葉片盤的轉(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。從研究思路來說，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展當(dāng)中。

實(shí)事求是地說，這些年來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：說到學(xué)術(shù)交流，我們知道您參加過很多國(guó)內(nèi)外專業(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，我自己也組織過相關(guān)的國(guó)際會(huì)議。要說印象最深刻的學(xué)術(shù)會(huì)議，我覺得2012年在北京召開的第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。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有來自世界各地的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，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，應(yīng)該說對(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)角度來談一談吧。應(yīng)該說，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)、連接鉸間隙帶來的非光滑系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制問題，都需要深入的研究。

從航空領(lǐng)域來說，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)問題同樣是亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

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，要在科研過程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。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，從問題的提出到申請(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，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。

至于說為國(guó)家做出了哪些重要貢獻(xiàn)，我想到現(xiàn)在還說不上。不過，從我了解到的情況來說，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)行訪問或教學(xué)，在這一過程您感覺和國(guó)外的教育方面有哪些差別？

曹：這個(gè)問題，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)蘭開斯特大學(xué)物理系，也是做一些合作研究，后來去澳大利亞做了一個(gè)短期的訪問。通過在這些個(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)樗麄儚母咧小⒋髮W(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，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”

篇（8）

經(jīng)過幾年初步探索，干烈村產(chǎn)學(xué)研結(jié)合初顯成效。2014年，楊秀智家種植的20畝夏橙和雜柑，產(chǎn)量4萬(wàn)余斤，“除去林下作業(yè)的勞力和購(gòu)買肥料等成本，2014年大概有5萬(wàn)多元的純收入。”楊秀智說，“這還不包括另外10多畝臍橙的收成。”

“一個(gè)科研項(xiàng)目選得是否好，關(guān)鍵要有技術(shù)需求，要老百姓認(rèn)可。科技工作者不僅要發(fā)表優(yōu)質(zhì)的紙質(zhì)論文，還要把科研成果寫在大地上、轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。”貴州大學(xué)教授、貴州省果樹工程技術(shù)研究中心主任樊衛(wèi)國(guó)對(duì)產(chǎn)業(yè)研結(jié)合的重要性深有體會(huì)。

2014年，貴州科技獲獎(jiǎng)成果產(chǎn)業(yè)化成效顯著，應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目64項(xiàng)，占所有獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的71.1%，貴州大學(xué)牽頭完成的貴州優(yōu)質(zhì)柑橘產(chǎn)業(yè)化技術(shù)集成與轉(zhuǎn)化項(xiàng)目?jī)H是其中之一。這些項(xiàng)目主要圍繞全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中急需解決的關(guān)鍵、共性技術(shù)和重點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開，累計(jì)新增產(chǎn)值120.6億元，新增稅收14.8億元，新增利潤(rùn)30.8億元。

越來越多的科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為貴州跨越發(fā)展提供了有力支撐。在這輪新的科技創(chuàng)新浪潮中，和以往政府主導(dǎo)科研項(xiàng)目不同，企業(yè)逐步成為技術(shù)創(chuàng)新主體，獨(dú)立完成或者以第一完成單位參與的科技轉(zhuǎn)化項(xiàng)目尤為引人矚目，一批對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大影響的成果脫穎而出。

由際華三五三七制鞋有限責(zé)任公司、四川大學(xué)、中國(guó)人民總后勤部軍需裝備研究所等完成的“鞋用橡膠高效硫化新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”科技成果，2009年在際華三五三七制鞋有限責(zé)任公司進(jìn)行全面產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化與推廣。經(jīng)過4年多的全面推廣應(yīng)用。如今企業(yè)膠鞋生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力提高1倍以上，年產(chǎn)7000萬(wàn)雙以上，在全國(guó)至少有30%的市場(chǎng)占有率，產(chǎn)品的物理性能提高，膠鞋使用壽命延長(zhǎng)，同時(shí)又減少了廢棄物環(huán)境污染。

由貴州黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司研制的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸制造技術(shù)攻克飛機(jī)“心臟”難題，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)自主研制民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，這一項(xiàng)目也為貴州形成大型民機(jī)制造基地及航空零部件轉(zhuǎn)包生產(chǎn)基地，從而今后融入國(guó)家大飛機(jī)制造領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。在今年2月召開的全省科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，該項(xiàng)目獲得貴州省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

篇（9）

二十一世紀(jì)全世界范圍內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品激烈競(jìng)爭(zhēng)，各個(gè)國(guó)家都很重視如何提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)最主要的目標(biāo)就是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，滿足消費(fèi)者的需要并且占據(jù)市場(chǎng)更重要的位置，所以，要想增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，最根本的途徑就是重視創(chuàng)新設(shè)計(jì)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論又叫做TRIZ理論，是設(shè)計(jì)的核心理論，目前已經(jīng)在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，可以提現(xiàn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。1946年，前蘇聯(lián)G.S.Altshuller創(chuàng)立了TRIZ理論，指的是發(fā)明問題的解決理論。以這個(gè)理論為基礎(chǔ)，軍事工業(yè)得到了很大的發(fā)展。二十世紀(jì)九十年代開始流入美歐，在某些企業(yè)當(dāng)中開始應(yīng)用并且推廣，取得了很多發(fā)明專利，隨之也產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)很多國(guó)家興起了TRIZ理論研究和推廣的熱潮。1998年之后，TRIZ理論開始在中國(guó)出現(xiàn)，不少科研機(jī)構(gòu)把TRIZ理論作為技術(shù)創(chuàng)新的首選，積極的進(jìn)行探索。這篇論文主要是探討TRIZ理論主要內(nèi)容以及在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1.TRIZ理論基本內(nèi)容概述

TRIZ理論的觀點(diǎn)是，發(fā)明問題的關(guān)鍵是解決沖突，而解決沖突需要遵守相關(guān)的原則：對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)零部件或者性能進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，不可以影響到系統(tǒng)或者相鄰的其他零部件以及性能。沖突主要包括技術(shù)沖突和物理沖突，物理沖突指的是如果對(duì)一子系統(tǒng)出現(xiàn)相反的要求時(shí)所出現(xiàn)的沖突，系統(tǒng)的某個(gè)部分同一時(shí)間出現(xiàn)兩種相反的狀態(tài)，主要是由一個(gè)參數(shù)造成的。技術(shù)沖突的含義是系統(tǒng)的某個(gè)部分性能增強(qiáng)造成了有害以及有用兩種結(jié)果，也可以理解為有益作用被引入或者有害作用被消除，造成其他的一個(gè)或者幾個(gè)子系統(tǒng)性能降低，這種問題主要是由兩個(gè)參數(shù)造成的。

G.S.Altshuller在理論當(dāng)中提出了四十條沖突解決原理，也就是發(fā)明原理以及沖突解決矩陣的含義，各種領(lǐng)域的相互沖突的特性通過高度的概括，抽象成為三十九個(gè)技術(shù)特性參數(shù)（也叫做通用工程參數(shù)），矩陣中的行代表沖突惡化的參數(shù)，列代表沖突改善的參數(shù)。針對(duì)技術(shù)沖突，可以以沖突矩陣為基礎(chǔ)，找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，從而找到解決問題的辦法；針對(duì)物理沖突，通常利用分離原理了可以找到解決辦法，發(fā)明原理和分離原理之間具有一定的關(guān)系，一條分離原理，可以對(duì)應(yīng)很多條發(fā)明原理。

2.TRIZ理論在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用

2.1.TRIZ理論在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用的步驟程序

將TRIZ理論應(yīng)用到機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要的步驟是：對(duì)機(jī)械系統(tǒng)問題進(jìn)行分析，明確關(guān)鍵的技術(shù)功能，找到造成系統(tǒng)中問題的參數(shù)，對(duì)沖突的類型進(jìn)行判斷。如果系統(tǒng)中的問題主要是由一個(gè)參數(shù)造成的，屬于物理沖突；如果是由兩個(gè)參數(shù)造成的，屬于技術(shù)沖突。可以通過分離原理解決物理沖突，對(duì)分離方法進(jìn)行確定，包括時(shí)間分離、空間分離、整體和部分的分離、基于條件的分離，根據(jù)實(shí)際的分離原理和解決沖突的發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到解決問題的辦法。技術(shù)沖突，第一步要確定惡化技術(shù)特性參數(shù)和改善技術(shù)特性參數(shù)，再以沖突矩陣為基礎(chǔ)，找出對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，從而找出解決問題的辦法。最后，把推薦的對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理應(yīng)用的具體的問題上，對(duì)每一個(gè)原理在具體問題上的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.2.呆扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例

設(shè)計(jì)初期的呆扳手在松開或者擰緊六角螺母或者螺栓時(shí)，因?yàn)槁菽富蛘呗菟ㄊ芰c(diǎn)在兩條棱邊，很容易變形，因此無(wú)論是松開還是擰緊都比較困難。而新的設(shè)計(jì)需要避免原來設(shè)計(jì)當(dāng)中的缺陷。后來美國(guó)一項(xiàng)以沖突矩陣為基礎(chǔ)的專利解決了這個(gè)問題。這個(gè)專利是從三十九個(gè)通用工程參數(shù)當(dāng)中選擇一對(duì)特性參數(shù)：1）提高質(zhì)量的參數(shù)：物體所產(chǎn)生的有害因素，可以對(duì)螺母或者螺栓減少磨損。2）可以造成負(fù)面影響的參數(shù)：制造精度，全新的改進(jìn)有可能造成制造的困難。然后把上面的兩個(gè)參數(shù)代進(jìn)沖突矩陣，可以得到下面四條發(fā)明理論，即是：維數(shù)變化、小對(duì)稱、拋棄與復(fù)制、修復(fù)。通過分析維數(shù)變化以及小對(duì)稱這兩條發(fā)明原理可知，經(jīng)過創(chuàng)新的呆扳手工作面的某些點(diǎn)可以和螺母或者螺栓的側(cè)面相接觸，而不僅僅是接觸棱邊，因此解決了這個(gè)問題。

通過這個(gè)實(shí)例可以說明，機(jī)械產(chǎn)品的某些參數(shù)或者特性進(jìn)行改進(jìn)之后會(huì)造成其他參數(shù)和特性的惡化，可以通過沖突矩陣來解決這種技術(shù)沖突，這說明在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用TRIZ理論時(shí)具有價(jià)值的。

2.3.某飛機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例

某飛機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩在設(shè)計(jì)時(shí)，表現(xiàn)出來的技術(shù)沖突是：一方面希望發(fā)動(dòng)機(jī)可以吸入較多的空氣，另一方面又希望發(fā)動(dòng)機(jī)罩和地面之間的距離可以不減少。把它轉(zhuǎn)化為物理沖突：應(yīng)該將發(fā)動(dòng)機(jī)罩的直徑加大，這樣有利于吸入空氣，但是直徑又不宜過大，避免機(jī)罩和路面的距離減少。

這個(gè)物理沖突可以用空間分離原理進(jìn)行解決。空間分離所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理當(dāng)中有No.4不對(duì)稱原理。根據(jù)這個(gè)原理，可以把原來的對(duì)稱設(shè)計(jì)變更為不對(duì)稱的設(shè)計(jì)。如下圖所示。

圖1：發(fā)動(dòng)機(jī)罩改進(jìn)設(shè)計(jì)方案示意圖

篇（10）

1.概述：

該發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)裝架為非標(biāo)框架類零件，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±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》。

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，使用過程中應(yīng)力釋放，會(huì)導(dǎo)致變形超過允許值的情況發(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)裝架送至熱處理車間進(jìn)行去應(yīng)力退火。

4.3.精加工

采用龍門磨床，平磨四處工藝基準(zhǔn)板底面，即加工基準(zhǔn)面。在型號(hào)為TH61125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，到焊接過程及其后的機(jī)械加工過程，以及工序的安排，這些方法對(duì)提高框架類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)：

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中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.簡(jiǎn)介

現(xiàn)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的進(jìn)步引領(lǐng)了新型涂層的發(fā)展并對(duì)以前應(yīng)用的涂層進(jìn)行了改良。發(fā)動(dòng)機(jī)的前半部分即冷卻端，包括風(fēng)扇和壓氣機(jī)，典型應(yīng)用耐磨蝕涂層和密封涂層。就現(xiàn)動(dòng)機(jī)來說，像風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片和葉輪等這種冷卻端零部件，都是由復(fù)合材料、鈦鋁合金、鈦和耐熱鋼制造而成。但在發(fā)動(dòng)機(jī)的受熱端，包括燃燒室區(qū)域和渦輪部分，應(yīng)用的是熱障涂層（TBCs）和高溫密封涂層。本論文的目的是展示作者本人在鋁化物擴(kuò)散涂層、熱障涂層和耐侵蝕、腐蝕涂層方面的研究。

2.鋁化物擴(kuò)散涂層沉積方法

要增強(qiáng)渦輪零部件尤其是動(dòng)、靜葉片和燃燒室的耐久性和提高服役溫度，可以通過應(yīng)用防護(hù)涂層來實(shí)現(xiàn)。高溫合金零部件對(duì)各種涂層的需求導(dǎo)致涂層在30多年來的應(yīng)用中迅猛發(fā)展。涂層的演變同時(shí)還伴隨著結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展。現(xiàn)如今，工程師和制造師有多種涂層沉積技術(shù)可供使用，能制備出黏結(jié)、擴(kuò)散和粘擴(kuò)散涂層，其中大多數(shù)都是由通用技術(shù)發(fā)展改進(jìn)的，例如化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）或熱噴涂技術(shù)。

2.1 包埋滲法

擴(kuò)散涂層主要在擴(kuò)散滲鋁過程中，或在滲透復(fù)合物Al-Cr、Al-Si、Pt-Al、Ti-Al過程中沉積而成。在粉末滲透過程中，將待涂鍍零件置于特定容器內(nèi)，然后用專用的粉末混合劑將零件包埋，該混合劑含有像Al2O3、鋁化物粉末或合金以及化學(xué)活化劑等中性添加物。接下來將容器密封好置于爐內(nèi)，化學(xué)活化劑在700℃～1050℃的限定工藝溫度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生輸送蒸汽源。擴(kuò)散滲鋁工藝以這種方式通常持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)20個(gè)小時(shí)，并要嚴(yán)格控制以防止粉末混合劑氧化。要獲得不同厚度或Al濃度的涂層可采用多種類粉末工藝。所說的多種類粉末可以分為高度、中度和低度活化粉末。在鋁化物涂層沉積過程中，在高溫約1050℃下生成低鋁含量NiAl相（低活性過程），而在700℃下則生成高鋁含量NiAl相（高活性過程）。

2.2 非接觸式滲

非接觸式滲是將待滲零件置于容器內(nèi)，避免其與粉末混合劑相接觸，該混合劑通常呈顆粒狀。此工藝過程是在甑式爐或真空爐內(nèi)完成的。在整個(gè)涂層沉積過程中需向容器內(nèi)供應(yīng)額外的中性運(yùn)載氣體，以輸送出沉積涂層時(shí)產(chǎn)生的混合氣體。現(xiàn)有幾種不同的非接觸式滲透法正在被應(yīng)用，包括負(fù)壓滲透工藝、由SNECMA研發(fā)的脈沖氣相滲鋁工藝以及用兩種不同化學(xué)成分的混合物進(jìn)行的滲透工藝似乎最具吸引力。該方法的主要益處如下：無(wú)需待滲材料與粉末接觸，這一點(diǎn)能顯著提高涂層的表面質(zhì)量；可對(duì)整個(gè)工藝過程實(shí)施更多的控制；工藝過程更加整潔（與粉末工藝相比）；以及鋁化物涂層可以通過添加元素進(jìn)行改良以提高其耐熱性能。圖1所示為鉑改良鋁化物涂層的顯微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是在鍍鉑和鍍鋁過程中獲取的。

鉑改良鋁化物涂層能提高耐熱性能，已在1100℃下1小時(shí)循環(huán)的試驗(yàn)室抗氧化循環(huán)試驗(yàn)中得以證實(shí)。

2.3 CVD滲鋁技術(shù)

化學(xué)氣相沉積技術(shù)由上述鋁化物擴(kuò)散涂層沉積技術(shù)演變而來。化學(xué)氣相沉積過程中將渦輪葉片置于甄內(nèi)，并向甄內(nèi)供應(yīng)在外部反應(yīng)器內(nèi)生成的AlCl3+H2氣體。AlCl3氣體是在含有鋁化物的受熱生成器內(nèi)與HCI發(fā)生反應(yīng)后形成的。然后預(yù)熱AlCl3+H2，在溫度約達(dá)1000℃時(shí)供應(yīng)到甄內(nèi)。裝有氣體的化學(xué)氣相沉積甄通常在鐘罩式爐、均熱爐或升降式爐內(nèi)加熱到工作溫度。存留在甄內(nèi)的反應(yīng)氣體用特殊氣體中和系統(tǒng)進(jìn)行處理。滲鋁法能同時(shí)涂覆渦輪葉片的內(nèi)外表面，尤其是冷卻通道，該區(qū)域用其他涂覆方法就比較難處理。除此之外，應(yīng)用該工藝還可以調(diào)節(jié)冷卻率，這對(duì)幾種鑄造高溫合金熱工作參數(shù)的計(jì)算至關(guān)重要。

3.熱障涂層制備工藝

由于燃燒室零部件和動(dòng)靜葉片上采用熱障涂層，所以進(jìn)口溫度可以有所增加。與涂有陶瓷涂層的材料表面溫度相比，采用熱障涂層能使所應(yīng)用的高溫合金表面溫度降低170℃左右。此外，熱障涂層能降低必需的冷卻空氣量，同時(shí)能保持恒定的排氣溫度，而且能顯著提高零部件的耐久性和抗熱變能力。

熱障涂層是由含有ZrO2xY2O3的陶瓷面層和含有MCrAlY（M=Ni，Co，F(xiàn)e）的黏結(jié)層構(gòu)成的。較低的導(dǎo)熱性再結(jié)合陶瓷材料的特性能降低黏結(jié)層之上的層間溫度，這就能使熱障涂層的抗氧化性和抗高溫腐蝕性有所提高。

最通用的熱障涂層制備技術(shù)有APS（空氣等離子噴涂）、LPPS（低壓等離子噴涂）或EB-PVD（電子束物理氣相沉積）。熱噴涂技術(shù)通常用來制備燃燒室零部件及靜葉片上應(yīng)用的TBCs（熱障涂層），而動(dòng)葉片上應(yīng)用的熱障涂層一般采用EB-PVD技術(shù)制備。

用空氣等離子噴涂技術(shù)和EB-PVD技術(shù)制備的TBCs在結(jié)構(gòu)和性能上各有不同。等離子噴涂的涂層顯示為帶狀結(jié)構(gòu)，而EB-PVD制備的涂層以柱狀結(jié)構(gòu)為特征。等離子噴涂的熱障涂層易受熱應(yīng)力影響，有大量的微裂紋產(chǎn)生和生長(zhǎng)從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂解現(xiàn)象，這也有可能致使涂層完全剝落。眾所周知，在陶瓷層與MCrAlY層之間形成的TGO（熱生長(zhǎng)氧化物）層對(duì)熱障涂層的耐久性有很大的影響。TGO層對(duì)熱障涂層性能的影響，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)和厚度的影響，成為當(dāng)前研究的主要課題。

采用EB-PVD技術(shù)制備出的熱障涂層結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中顯示出更強(qiáng)的抗熱應(yīng)力能力。不僅僅是因?yàn)樵诔练e過程中形成的有特點(diǎn)的柱狀結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)期間起到較好的應(yīng)力補(bǔ)償作用，還有這種結(jié)構(gòu)能防止涂層基底出現(xiàn)裂紋。

4.耐侵蝕、腐蝕涂層制備工藝

應(yīng)用防護(hù)涂層可以防止航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件遭受腐蝕損傷。發(fā)展PVD技術(shù)目的在于提高涂層的性能并擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。由目前研發(fā)的PVD技術(shù)獲得的涂層成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片最具吸引力的涂層制備技術(shù)之一。用于這種特殊結(jié)構(gòu)件的防護(hù)涂層必須符合多方面要求，既包括機(jī)械性能的還包括耐腐蝕和耐磨損方面的。

Arc-PVD屬于PVD技術(shù)的一種，制備出的防護(hù)涂層種類廣泛，當(dāng)然也包括多層涂層。該技術(shù)以高的電離度和相對(duì)高的沉積能力為特征。Arc-PVD的主要優(yōu)勢(shì)在于制備出的涂層不僅非常堅(jiān)固耐磨，而且耐腐蝕性極強(qiáng)。

由PVD技術(shù)制備的涂層中，氮化鉻涂層較其它氮化物涂層的耐腐蝕性相對(duì)更高一些，原因在于該涂層結(jié)構(gòu)精細(xì)密實(shí)且密度高。可以通過應(yīng)用鉻或鋁夾層來提高氮化鉻涂層的密度，其密度的高低在很大程度上決定了涂層的耐腐蝕性能。

Arc-PVD技術(shù)制備的鉻涂層對(duì)鋼基合金的粘結(jié)性最強(qiáng)，高達(dá)80N，另外，它能對(duì)之后的Cr/CrN多層涂層中較硬的氮化鉻層提供完美的粘結(jié)效果。除此之外，也一直在嘗試制備鋁粘結(jié)層和Al/AlN多層涂層。

鋁基涂層是最具發(fā)展前景的陰極保護(hù)涂層。通過磁控管濺射獲得的涂層顯示出良好的耐腐蝕性，但是這種涂層的摩擦性能卻很差。采用PVD技術(shù)制備出的涂層具有較強(qiáng)的耐腐蝕性當(dāng)然是最合理也是最可取的，尤其是在自動(dòng)化和飛機(jī)制造業(yè)領(lǐng)域。沉積到鋼質(zhì)材料上的Al、AlMg、Cr、Cr/CrN和Cr/CrN/Al涂層有望取代主要以電沉積工藝制備的鎘涂層。

Arc-PVD制備的多層涂層由氮化鉻組成且包含鉻夾層，其具有很高的耐腐蝕性。這種涂層也被公認(rèn)為靈敏涂層，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)能根據(jù)作業(yè)條件決定磨損強(qiáng)度。經(jīng)證實(shí)葉片進(jìn)氣邊上相對(duì)軟的鉻涂層很少遭受損傷，而排氣邊上的氮化物硬化層能提供有效的防腐蝕保護(hù)。

結(jié)論