航空发动机论文大全11篇

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关键词： 航空发动机；虚拟教学；三维仿真；人机交互

Key words： aero-engine；virtual learning；three-dimensional simulation；human-computer interaction

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）11-0181-02

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作者简介：刘振侠（1963-），男，陕西西安人，教授，研究方向为航空发动机推进理论与工程。

0 引言

航空发动机是当代工业技术发展的结晶，是工业技术“皇冠上的明珠”，对国民经济、国防建设起着战略性的作用。随着军事需求、民用航空的发展，航空发动机技术日新月异，新的设计构造不断涌现。但是长期以来，由于人才短缺、基础薄弱等原因，我国航空发动机技术始终与国外先进国家存在着较大的差距。因此，培养高素质、创新型的航空发动机人才对促进我国航空发动机技术发展至关重要。

实践教学是航空发动机教学工作中的重要一环，对促进学生了解发动机内部复杂结构、理解相关理论知识起着重要作用。传统的实践教学内容主要包括参观发动机样机、进行发动机试车实验等。但是，由于航空发动机内部结构非常复杂，难以观测到内部细致结构；进行一次航空发动机试车实验不仅花费高昂，而且对操作者要求极高，只能由专业技术人员操作，学生的参与度很低；另外，航空发动机技术日新月异，教学实验设备难以及时更新，使学生所学知识与实际应用严重脱节。

为了提高学生教学质量，解决航空发动机教学设备陈旧、实验费用高昂等问题，本文将虚拟现实技术与发动机专业教学相结合，建设了了航空发动机虚拟教学实验系统。

1 系统组成与功能

实验系统旨在建立数字化的三维虚拟航空发动机实验室，可以实现发动机结构的虚拟装配，发动机试车台实验仿真，发动机内部工作原理及内部流场展示等多个教学实验内容。学生能够通过这个虚拟空间观看发动机教学实验，并通过视、听、触等感知行为去体验，学生能够主动操作实验，实验系统具有很强的交互性与沉浸感。

如图1所示，为航空发动机虚拟教学实验系统的软硬件组成。硬件包括人机交互所用的传感设备（如数据手套、六自由度鼠标、触觉与力度反馈器等）、显示设备（如头盔、投影屏）、虚拟环境产生器（包括高性能图形工作站、立体声音响）；支撑软件包括对象模型生成软件、虚拟视景软件以及程序编辑平台等。

通过软硬件结合，航空发动机虚拟教学实验系统能实现由发动机虚拟装配、模化实验、流场显示等三个模块的多种功能。

1.1 发动机虚拟装配模块。学生能够在全场景、沉浸式的虚拟环境下任意角度观测到航空发动机各大部件及其内部结构，通过配戴数据手套实时交互地对发动机三维模型进行虚拟装配，加强学生对发动机总体结构和部件间的连接关系的认识；

1.2 航空发动机模化教学视景仿真模块。此平台可模拟发动机在工作过程中内部的运行情况，利用视景仿真技术模拟涡轮转子转动，气流在发动机内外函道的流动以及燃烧室和尾喷管的火焰现象，并能通过对油门杆的交互操作实现对这些动态现象的控制，可以使学生从视觉上对航空发动机内部工作状态有形象直观的认识；

1.3 发动机试车实验仿真模块。能够模拟能使发动机试车的操作过程，可以使学生了解发动机试车的具体步骤，培养学生对试车实验的实际操作能力；通过曲线历程图和实时数据反映发动机特性参数的变化，加深对发动机工作原理和气动特性的理解；提供发动机试车的立体音效和控制台视景仿真，加强了系统的沉浸感；

1.4 流场显示仿真模块。能够模拟发动机内流场质点的流动轨迹，可以使观测者直观了解如叶栅绕流等实验现象及其机理，加深对相关专业课的认识和理解，达到较好的教学效果。

2 系统设计方案

为了应用相应的软硬件设备，完成航空发动机虚拟教学实验系统应满足的需求与功能，采取了以下设计流程来完成系统的搭建，如图2所示。

2.1 第一层为硬件层，主要由虚拟现实人机交互系统、大屏幕立体显示系统和小型桌面虚拟现实系统组成。其中小型桌面虚拟现实系统包括高端PC工作站、VR专业三维立体图形发生器、红外立体眼镜及播放器组成和CRT彩色显示器组成。而人机交互系统包括由六自由度三维空间立体鼠标、数据手套等组成。其中六自由度立体鼠标可实现x、Y、z三个方向上的移动和旋转功能；而数据手套可以真实地模拟人手的装配动作和触觉感应。大屏幕立体显示系统由投影仪、立体转换器、硬幕、偏振片和偏振立体眼镜组成。

2.2 第二层为硬件接口层，主要用于获取六自由度三维空间鼠标、数据手套等的虚拟装配环境结构数据，设定立体眼睛双目视觉间隔参数等。

2.3 第三层为3D模型层，首先可利用Creator、CAD等建模工具，采用体素法、轮廓扫描法和实体扫描等方法建立几何模型，对物体的形状、位置、大小等几何信息，以及发动机各部件间连接关系等拓扑信息进行描述，获得物体重心、表面积、体积、密度、质量、转动惯量等几何、物理参数。

2.4 第四层为支持工具层，在本例中为VEGA虚拟环境开发系统，运行于vC++6.O工作平台，它提供了大量的处理窗口、环境以及实现虚拟动作的函数。

2.5 第五层为驱动层，包括数据手套、六自由度三维空间鼠标、位置跟踪器、立体显示设备等的驱动程序。

2.6 第六层为应用层，可采用vc++6.O开发出面向用户的友好的虚拟装配环境。最终用户并不需要了解繁琐的函数调用和硬件接口，只需通过空间立体鼠标、力反馈数据手套等输入装配控制指令，并通过立体眼镜、头盔显示器等设备观看到实时的装配效果。

3 系统应用与前景

航空发动机虚拟教学实验系统将虚拟现实技术与航空发动机专业教学与实验相结合，克服了传统教学方法设备更新困难、试验费用高昂等问题，突破了传统教学方式的局限性，有效地推动了教学方式的改革与创新。通过航空发动机虚拟教学实验系统在教学实践中的应用，系统有效提高了专业学生的培养质量，节约了实验教学成本，将我国航空动力专业的教学工作推上了一个新的台阶。同时，虚拟教学实验系统的思想在土木建筑、军事教育、医学教学等领域具有广泛的应用前景。随着计算机与多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术的迅速发展，虚拟实验教学必将突破传统教学方式得到广泛应用。

参考文献：

[1]谢晶妮，张茂军.虚拟现实发展趋势展望.计算机工程，2002，28（7）：19.

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[3]赵士滨，吴秋峰.虚拟现实技术进入高校实验教学的研究.教育发展研究，2000，（8）：77-80.

[4]石教英.虚拟现实基础及使用算法.北京：科学出版社，2002：1-10.

[5]Bryson S. Implementing virtual reality. ACM SIGGRAPH.1993，43：1-49.

[6]杨宝民，朱一宁.分布式虚拟现实技术及其应用.科学出版社，2000：55-59.

[7]鲁鹏寿.虚拟现实软件系统的研究，电子科技大学硕士学位论文，2002：8-12.

[8]陈庆华.城市景观虚拟现实应用研究.吉林大学硕士论文，2004：7-40.

篇（2）

1 引言

在航空发动机研制过程中，要经过大量整机试验和科研试飞才能最终确定燃油与控制系统的性能、可靠性和操纵性。在整机试验和科研试飞中，台面仪表仅显示了发动机状态和告警参数，几乎没有监控显示燃油与控制系统的相关参数。如果不对燃油与控制系统进行测试改装，在整机试验和科研试飞中则无法预估燃油与控制系统的安全可靠性，也不利于燃油与控制系统的故障排查。为了降低整机试验和科研试飞的风险，必须加强燃油与控制系统的全面监控，保障试验安全可靠的进行。

2 燃油与控制系统组成

燃油与控制系统主要由离心式增压泵、低压燃油滤、燃油调节器、电子控制器、燃滑油散热器、超转放油阀、各类传感器及电缆等附件组成。

3 燃油系统测试

燃油系统由离心式增压泵、低压燃油滤、燃油调节器、燃滑油散热器及超转放油阀等附件组成，其作用是将燃油输送到燃烧室，保证航空发动机各种工作状态下所需的燃油。飞机或台面仪表仅监控燃油滤堵塞和燃油压力低两个发动机燃油系统告警信号。因此，必须对燃油系统进行相应的测试改装，才能全面监控燃油系统的工作状态，保证试验安全进行。

3.1增压泵进出口燃油压力和燃油温度的测试

燃油系统组成元件，尤其是燃油调节器只能在特定的进口燃油压力和温度范围内正常工作，否则工作异常，给发动机正常工作造成一定的影响。通过对增压泵进出口燃油压力和温度进行测试监控，可以避免燃油系统在燃油压力和温度规定值外工作，如图1所示。燃油压力开关虽然具有燃油压力低告警功能，但是不能对燃油压力数值进行监控。通过在燃油压力开关和燃油管路连接处增加一个三通的管接头，既不影响燃油压力低告警功能，又可以监控燃油压力的实际值。在试验过程中，一旦发现增压泵后燃油压力数值异常，便提醒操作员降低飞行高度或者打开飞机油箱增压泵，避免造成不必要的损失。

3.2计量燃油流量和计量燃油压力的测试

燃油系统首要的任务就是保证航空发动机各种工作状态下的燃油需求，燃油调节器便是完成该任务的执行机构。电子控制器根据发动机状态输出计量油针给定信号至泵调节器，泵调节器接收到信号后输出相应的燃油，并将计量油针反馈信号传输给电子控制器。泵调节器理论供油流量和实际供油流量有一定的误差，误差超出一定范围时就会影响发动机正常工作。通过对泵调节器出口对计量燃油流量和燃油压力进行测试监控，实现泵调节器实际供油流量和理论供油流量的对比分析，实时监控泵调节器的工作特性。当发动机出现超转现象时，电子控制器控制超转放油阀按照既定规律工作，可以避免飞机因发动机超转停车而失去动力。在超转放油阀出口测试监控燃油特性，不但可以监控超转放油阀的工作状况，也可以监控发动机喷嘴前的燃油压力。

4控制系统测试

控制系统集信号采集与处理、故障诊断与对策、控制方法与控制规律于一体，主要由传感器、电缆和电子控制器等组成，其中电子控制器软件和硬件结合在一起成为控制系统的核心部件。

在正常使用过程，电子控制器将发动机状态参数和控制系统故障告警信号输送至台面仪表，但是传感器和电子控制器的工作特性无法监控。为了在整机试验和科研试飞时，实时掌握控制系统工作状态，便于故障的排查和分析，可以对控制系统进行测试改装，具体如图2所示。在电子控制器方案设计时，便充分考虑了整机试验和科研试飞测试改装的需要，对其通讯端口进行了余度设计。

在发动机整机试验时，电子控制器和监控计算机进行通讯，实时监控发动机及控制系统工作状态。监控计算机能实时显示信号参数及试验曲线、开关量状态、故障告警信息等，还具有数据存储功能，具体如图3所示。

在科研试飞时，电子控制器可以和飞机遥测系统进行数据传输，但是飞机遥测系统只能将少量关键信息传输至地面监控系统，实现航空发动机及控制系统的实时监控。通过将整机试验监控计算机通讯接口处安装一个控制系统数据记录仪，可以详细记录存储试验过程燃油与控制系统的信息，以便进行曲线回放和分析，也为燃油与控制系统安全性评估及故障排查提供依据。

5 试验验证

燃油与控制系统随发动机整机试验过程中，出现发动机起动失败现象。经过对测试数据进行分析，发现燃油与控制系统实际供油流量比理论供油流量低，引起发动机起动失败，如图4所示。

燃油与控制系统随发动机装飞机科研试飞时，控制系统向飞机座舱仪表输出导叶电磁阀故障。通过分析控制系统数据记录仪存储的数据，发现因导叶给定信号和反馈信号偏差超出规定值，引起控制系统报导叶电磁阀故障。

6 结语

通过对航空发动机燃油与控制系统参数进行测试监控，可以全面掌控在航空发动机整机试验和科研试飞中燃油与控制系统的工作状态，也能预先评估燃油与控制系统的安全可靠性，保证试验顺利进行。测试监控存储的数据也为燃油与控制系统的故障排查和分析提供了依据，保障航空发动机燃油与控制系统研制工作顺利开展。

参考文献：

[1] 孙建国.现代航空动力装置控制[M].北京：航空工业出版社，2001.

[2] 樊思齐，徐芸华.航空推进系统控制[M].西安：西北工业大学出版社，1995.

[3] 廉小纯，吴虎.航空发动机原理[M].西安：西北工业大学出版社，2006.

篇（3）

“大学课程综合化既是现代社会和当代科技日趋综合的反应，又是大学与社会发展日益密切的结果，更是高等教育内部发展的逻辑要求”[1]。当前，快速发展的中国民航要求建设适应民航强国需要、支撑现代民航教育体系的人才培养体系和科技创新体系，从而不断提升为行业和社会发展服务的能力。在此背景下，为改进飞行器动力工程专业本科学生的培养质量，促进教育教学质量的提高，进行了航空发动机控制课程综合化改革的探索与实践。

1课程改革的历史必然性分析

中国民航大学的飞行器动力工程专业是一个主要面向航空维修领域的特色专业。成立六十多年来，一直紧密贴近民航发展，在课程设置上也体现了行业需求，其中的航空发动机控制课程就是这样的一门课程，主要讲授发动机控制系统基本部件的工作原理、控制特性，以及典型民用航空发动机控制系统的组成及功能特点等，希望学生能够通过本课程的学习，掌握基本的控制原理，熟悉民航主力机型控制系统的工作特点。在近年来的授课过程中，发现了一些新的问题需要加以解决，主要体现在：

1.1近年来民航主力机型的控制系统已经由传统的液压机械式控制系统全面更换为全权限的数字式电子控制系统（FADEC），在控制部件的工作原理、系统功能及运行模式上都体现除了与过去截然不同的特点，尤其是大量电子技术的引入，使得发动机控制课程融合了机械、液压、电子、流体力学、传热等多学科的知识，体现了综合化的特点，对教师教学提出了更高的要求。

1.2行业快速发展过程中引入了大量的先进发动机机型，要求学生在使用过程中快速掌握其工作特点。这就要求在课程内容上，体现知识的广度，并且贴近民航实际，在原理讲授中要有针对性，讲解过程简单易懂。

1.3二十一世纪的高等教育越来越重视创新人才的培养，由于信息科技的大量应用，使得学生可以在短期内获得大量的信息，此时更为重要的是培养学生的创新型思维以及综合运用知识的能力，因此课程设置一定要有利于学生思维广度、深度及灵活性的发展[2]。

1.4行业需求导致的学生扩招带来了教学资源的紧张，而与此同时需要进一步地培养学生的动手实践能力，因此在课程讲授中除了要体现现动机控制的特点，也要与时俱进地在教学资源配置上，尤其是在教学实验、教学的方法手段上作出改变。

2改革的具体措施

针对航空发动机控制课程出现的问题，决定针对此课程开展综合化改革。关于课程的综合化，研究者形成了以下几方面的认识：第一种是“学科之间的综合”说，既包括课程体系的综合化，也包括课程内容的综合化，还要从课程目标、学习活动方式、甚至从课程的教学组织形式进行整体分析并加以综合，形成一个有机系统；第二种是“学科、社会和学习者之间的综合”说，即课程综合化泛指课程组织结构中各要素（学科、社会、学习者）之间的各种各样的横向关系或联系。

航空发动机控制课程综合化改革的具体措施包括：

2.1课程知识点的综合化。

课程的综合化就是要强调学科领域之间的联系和一致性，避免由于过早或过分地强调各个领域的区别和界限，而导致的课程之间的彼此孤立、相互重复或脱节的状态。为了完成航空发动机控制课程内容的综合化，首先明确了综合化的目标是统整各相关学科知识，通过学生的关联式、研究式、体验式等综合化学习，克服分科课程的局限。之后，通过对航空发动机控制课程的前置课程和后续课程知识点的梳理，明确具体讲授的知识点，并在课程设置上进行了合并，主要是合并了自动控制原理课程，对自控原理相关的内容依照实际需求进行了删减，仅保留却为授课所需的内容。另外加大了控制系统特点的总结，有意识地减少课程讲授的机型数量，减少学生负担，给学生更多的自主学习时间和内容。最终，通过知识点的整理，整个控制类课程的授课学时由原先的108课时缩减为54学时。

2.2课程与行业的综合。

行业需求一直是引领课程改革的方向标，当前的航空维修工作对机务人员综合运用知识和技能的要求增高；此外，为了能使得大学更好地为社会服务，需要开展课程与行业的综合工作。在本课程的授课中，尤其是在典型发动机控制系统的讲授中，引入了航空公司所使用的培训教材，包括其所应用的CBT（计算机辅助训练）软件，同时引入企业或培训单位有经验的一线工作人员进课堂，为学生带来一手的技术资料。此外，还注重加大学生企业实践的比例，使得学生在实习的过程中消化理解课堂讲授的知识。当前，正在结合卓越工程师计划的开展，力图开门办学，进一步夯实学生的理论基础、实践技能。

2.3课程与学生的综合。

在新世纪里，人的全面发展包括四层内涵：完整发展、和谐发展、多方面发展和自由发展[3]。传统的大学课程设置和传授都是以分科课程为主导的，很难实现人的这种全面发展的需要，会导致人的发展的片面化。因此在航空发动机控制课程的综合化改革中，要改变课程分割的局面，同时要大力转变传统单向的以教师为中心的授课方式，转为以学生为主的课程学习。具体措施除了课程内容的综合外，还体现在小班授课和借用网络平台进行沟通交流，组织学生进行现场教学和体验式的教学。通过大作业的方式，组织学生进行科研课题形式的思考和研究，使得其能综合运用所学的内容。

2.4课程与教师的综合。

随着课程综合化改革的推广与深入，教师教学能力及其结构的更新和提高，已经成为教育改革面临的重要问题。总之，“课程改革需要教师提高教学能力”[4]。在课程改革中，教学过程的不确定性对教学提出了更高的要求，由于学生成为学习的主体，教师更应关注学生的个别化发展；改变课堂学习方式，探究与合作成为师生教学活动的主体；课堂应该更为的开放[5]。综上，在实际的课程综合化改革中，除了通过培训、交流、讲义编写、课程开发等工作，逐渐提高老师的专业技能外，还需要教师把教学内容和教学方法手段有机的结合起来，整合教学内容和教学方法，灵活运用多种教学策略，开发课程资源，引导学生学会学习，并整合相应的教学环境[6]。在航空发动机控制课程综合化改革中，为了营造这种环境，专门在专业教室内进行授课，综合运用网络、多媒体、控制部件实物等启发和引导学生学习和思考。

2.5教学与科研的综合。

科研与教学是高等学校的两个重要职能。高等学校一方面通过科学研究探索真理，发展知识，构成了社会发展的思想库；一方面通过教学挖掘和开发人的潜在能力，为社会发展积累有知识和创造性的人力资本。但在高等教育的实践过程中，如何处理教学与科研的关系却一直是一个重要的命题[7]。因此在航空发动机控制课程的综合化改革中，有意识地将教学与科研进行了综合，在教材的编写、实验室的建设过程中，将最新的科研成果引入了教堂，使得学生能够接触到最新的科研进展；另外还通过引入科研机构的教师参与授课，将名师带入课堂，也促进了知识内容与体系的更新；同时，对在教学过程中发现的有科研潜力和兴趣的学生，也适当分配了一些科研辅助工作，注重在科研过程中培养其能力和兴趣。

3综合化改革实践与分析

目前，航空发动机控制课程的综合化改革已经在试点班进行了一轮的授课，各项措施得到了落实，在实践过程中，通过对综合化改革的反思，得到了以下看法。

3.1包括综合化改革在内的课程改革是一个长期化的过程，需要教师、学生及教务工作者在一轮一轮的授课中动态地处理遇到的问题，只有坚持以学生为中心的思想，坚持提高教育教学质量这一根本性目标，才能解决前进中遇到的困难，并且要得到更广泛的参与和支持，不仅仅是来自教师的力量，更重要的还得有行业和科研机构的支撑，才能使得课程在瞬息万变的时代中历久弥新。

3.2综合化改革中需要进一步地更新思想观念，打破本位意识，打破课程与课程间的孤立和隔离，打破学校与社会和行业间的距离，融合教学与科研，真正地实现课程的综合化。

3.3在改革中要不断地加强师资队伍的建设。可以说教师是主导改革进程的参与者，但更应该成为领导者，只有教师能力上去了，才能更好地建设包括教材、实验室在内的教学资源，才能在课堂上有意思的引领学生，才能真正地将改革的意图贯彻好，将改革的目标实现好。

3.4高等学校的课程改革，尤其是一些主干核心课程的改革要慎之又慎，本着对学生负责的态度，要量力而行，扎扎实实地推进，可以考虑的是以试点班的形式进行验证后再进行推广。

参考文献

[1] 李茜妹，大学课程综合化研究，山西大学硕士学位论文，2006；

[2] 姜艳萍，高校课程综合化改革与创新人才的培养，山西师范大学研究生学位论文，2001；

[3] 扈中平，“人的全面发展”内涵解析[J]，教育研究，2005（5）：3-8；

[4] 戚业国，陈玉琨，学校发展与教师的专业发展[J]，教育理论与实践，2002（8）；

[5] 喻晓东，课程综合化与教师课堂教学行为的变化――对柳州市小学新课程实验教师的个案研究，广西师范大学硕士研究生学位论文，2003；

[6] 王宪平，课程改革视野下教师教学能力发展研究，华东师范大学博士学位论文，2006；

篇（4）

（Nanjing Jincheng College of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211156，China）

摘要：航空发动机安全可靠的快速起动是保证其顺利进入正常工作的前提，发动机在地面和高空起动特点各不相同，在对起动过程的模拟研究中，对发动机地面与高空起动特点进行深入的分析是极为重要的先决条件。

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.

关键词：航空发动机 起动特性 地面起动 高空起动

Key words: aircraft engine；starting characteristics；ground starting；high altitude starting

中图分类号：TK44文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0034-02

0引言

根据不同需求，航空发动机起动过程可分为两种[1]：地面起动和空中起动。地面起动即发动机在地面从静止的停车状态加速到慢车状态的过程，空中起动即发动机空中停车再点火起动加速到慢车状态的过程。发动机可靠、快速的起动过程对保证军用飞机的作战效能至关重要，起动性能的好坏是衡量航空发动机综合性能的一项重要指标。

1发动机起动过程概述

1.1 地面起动航空发动机从零转速加速到慢车转速的过程称为起动过程。发动机在地面起动时必须依靠外界动力源，因为这个时候没有空气流过发动机，如果向燃烧室喷油点火只能将发动机烧损而转子不会转动起来。只有达到一定的转速后，燃烧室内的气流才能建立起稳定燃烧所需要的气流压力和温度，因此发动机地面起动必须依靠起动机带转。一般情况下，发动机的地面起动包含以下三个阶段[3]，如图1所示。

图1中，M■为起动机的扭矩，M■为涡轮扭矩，M■为压气机扭矩，η■为带动附件及克服摩擦的效率，M■/η■为起动过程的阻力矩。

第一阶段：在未向燃烧室供油时，起动机功率输出轴带动发动机高压转子旋转到接近点火转速n1。第二阶段：在燃烧室内点燃燃油，涡轮产生功率。当涡轮的扭矩恰好等于阻力矩时，发动机的转速n■■称为最小平衡转速。按理，当n>n■■后，M■>M■/η■，发动机可独自起动。但为了安全可靠地起动，通常在这一阶段起动机继续工作，辅助涡轮将发动机转速带至大约是（1~2）倍最小平衡转速（接近n2）。第三阶段：发动机转速达到n2时，涡轮产生的功率已经明显大于压气机所消耗的功率，在控制系统作用下起动机脱开与发动机高压轴的联接，发动机依靠涡轮的剩余扭矩将发动机独自从n2加速到慢车转速ni。

1.2 发动机高空起动过程航空发动机在空中工作时，由于种种原因可能造成空中停车，这时需要重新起动。典型的发动机空中起动包线图如图2所示[4]。空中起动与地面起动不同。按起动初始转速划分，高空起动分两种类型：起动机带转起动和风车点火起动。飞机在高空飞行时，受进口气流影响，发动机转子可维持一定的初始转速。当初始转速足够高时（大于某一转速n1），可直接点火起动；否则，飞机需要借助俯冲或起动机带转来提高核心机的转速，达到点火转速后方可点火起动。

2发动机地面起动特点分析

2.1 低温起动在平原地区，大气温度对发动机的起动有着很大的影响。在严寒季节，大气温度很低，燃料的粘度增大，挥发性不好，雾化和汽化的质量也变差，因而在燃烧室内产生火源和形成稳定火焰的条件都变差。一般来说，大气温度降低到-30℃时，起动点火装置尚能产生稳定的点火源，但是，燃料系统喷出的燃料所形成的混合气，被点火源点燃和形成稳定火焰所需要的时间，却随着大气温度的降低而增长。这会使涡轮参加工作的时间推迟，起动过程所需时间增长。

同时，由于大气温度降低，大气密度增大，发动机空气流量增大，压气机消耗功率随之增大；大气温度降低，会使滑油变稠，摩擦力矩也随之增大。在起动机功率不变的条件下，起动过程第一、二阶段的剩余功率将会减少，起动的可靠程度随着大气温度的降低而变差。有时甚至出现在起动过程的某个转速下，剩余功率等于零而造成“冷悬挂”现象。

2.2 高温起动在炎热季节，大气温度较高，一般来说发动机比较容易起动。但是，大气温度过高时，空气密度低，发动机空气质量流量小，起动过程中容易形成混合气富油，涡轮前温度高，可能引起压气机进入气动不稳定状态，结果出现涡轮前温度高而转速停止增加的“热悬挂”现象。

此外，某些发动机，在大气温度较高的条件下（如30℃以上）再次起动时，由于发动机停车不久，燃烧室内的壁温仍然较高，流经燃烧室的空气受热膨胀，密度较小，这时，起动的燃料就嫌过多，以至于混合气过于富油，不能被电嘴产生的火花点燃，不能形成点火源，发动机无法正常起动。因此，在大气温度较高的情况下，发动机停车后，应该对发动机进行充分的冷却，以利于发动机再次起动[4]。

2.3 高原起动发动机的起动过程，先由电动机起动燃气涡轮起动机，再由燃气涡轮起动机起动发动机。进驻高原机场，空气稀薄，进入燃气涡轮起动机和发动机的空气流量减小，燃气涡轮起动机和发动机的功率都将减小，起动过程中的剩余功率减小，导致发动机转子的加速度减小，特别是起动第一阶段，有可能起动机功率不足以带动发动机运转到点火转速以上，至少加速度会减小，延长起动时间。同时，由于高原地区发动机空气流量小，为了保证发动机起动可靠，需要调整起动供油量。如果起动供油量没有同空气流量成比例地减小，例如发动机空气流量减小很多，起动供油量减小得很少，就会在燃烧室内形成富油燃烧，使涡轮参与工作早，排气温度上升快、数值高[4]。

当供油量调整不当时，对燃烧室混合气的余气系数和涡轮前燃气温度的影响较大，易发生转速悬挂。如果起动过程中，压气机发生轻微失速，引起压气机需用功率增大，也极有可能发生转速悬挂。

3发动机高空起动特点分析

与地面起动相比，航空发动机的空中起动有一些不同的特点。具体如下：

3.1 发动机空中起动一般不需要起动机带转[5]发动机在空中停车后，其转子在迎面气流的作用下继续旋转。虽然压气机和涡轮都处于远离设计点的工作条件，具有非常低的效率，但仍然可以建立起稳定的工作状态，即“风车”状态。在喷管未临界时，发动机风车状态转速仅取决行马赫数，随着飞行马赫数的增加，风车转速增加，喷口达到临界后，发动机换算转速保持不变，而物理转速却随着发动机进口温度的增加而增加，风车转速一般为50%~70%，在转速低的情况下，由于进口来流滞止造成发动机进口压力增加很多，使涡轮中的压降增大，平衡转速n■■明显降低，因此空中起动一般不需要起动机带转。

3.2 发动机在高空熄火情况下再起动，并不一定处在完全风车状态[6]由文献[6]得知，发动机在高空遭遇空中停车后，发动机转子转速迅速降低，需要立即点火重新起动。如果错过最佳点火时机，当转子转速低于发动机空中起动下限转速（15%）时，由于燃烧室进口气流速度较低，不利于燃油雾化，将给燃烧室重新点火带来很大困难。此时，需要借助飞机俯冲或起动机带转来提高核心机转速，达到点火转速后方可点火起动。

3.3 空中点火条件差点火随着高度的增加变得愈加困难，随着高度的增加，发动机进口温度和压力降低，空气密度减小，涡轮剩余扭矩减小，而燃烧室进口气流速度增加，给点火造成了很大困难。另一方面，由于压气机出口压力相当低，使得起动点火条件恶化，燃烧室内稳定工作的余气系数α的变化范围大大缩小，甚至不能点燃燃烧室内的混合气，这使得高空起动时点燃的范围非常狭窄。由此可见，在飞行中发动机从自转可靠地起动只是在一定的（对每一台发动机而言）飞行高度即空中起动边界以下，并且是在比较狭小的飞行速度范围之内才有可能，飞行速度范围的下限是由发动机自转时不大的转速所限制，而其上限则被恶劣的主燃烧室点火条件以及复杂的起动供油规律等所限制。

因此，在飞行中发动机突然遭遇空中停车，或短时间被迫停车（例如为了消除压气机中气流的严重分离而被迫停车）等情况下，在发动机进入自转状态之前，即发动机转速还没有大幅度下降的情况下就点火，并向燃烧室供应必须的燃油量，将使航空发动机可靠起动的程度大为提高，但如果错过最佳点火时机，当转子转速低于发动机空中起动下限转速时，则需要借助飞机俯冲或起动机带转来提高核心机转速，达到点火转速后方可点火起动。

4结语

航空发动机地面与高空起动特点各不相同，在对每种起动特点分析透彻后，将对研究整个起动过程起到关键性的作用。

参考文献：

[1]廉筱纯，吴虎.航空发动机原理.西安：西北工业大学出版社，2005.6.

[2]王勤芳.燃气涡轮发动机原理.南京航空航天大学.2006.8.

[3]周文祥.航空发动机及控制系统建模与面向对象的仿真研究.南京：南京航空航天大学博士论文，2006.9.

篇（5）

我国科学技术日新月异发展的背后潜伏着不可小觑的隐忧。“有星无芯”：“北斗”遨游太空占尽风光，但接收终端的导航芯片长期依赖国外进口。近年来虽然国内企业已经研发出具有自主知识产权的芯片，但生产的芯片水平不尽如人意，这是卫星导航领域的院士们最为担忧的“心病”，也是“北斗”产业的“短板”。“有机无心”：航空发动机被喻为飞机的“心脏”，当中国的歼-15舰载机、歼-10战斗机、歼-20战斗机及近日首飞的歼-31战斗机蓝天展翅的时候，同样存在着“短板”――发动机是进口的。对这种制造业的“心病”，中国工程院院士徐匡迪有精准的概括：“在产业上，我们有规模，但缺乏实用；在产品上，我们有数量，但缺乏水平；在生产上，我们有速度，但缺乏效益；在技术上，我们有引进、仿制，但缺乏原创。”

诸多专家为中国飞机的“心脏”先天不足把脉，主要病象是：基础研究薄弱，技术储备不足，试验设施不健全；对发动机的研制规律认识不足；基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复；管理模式相对落后，缺乏科学民主的决策机制和稳定、权威的中长期发展规划。就笔者的经历而言，这正是中国机械工业的通病，诸如大自汽车、拖拉机、坦克的发动机，小至手机、手表、精密仪器等产品的核心部件，尽管这些年来投入相当可观，却始终不能成为产品的问鼎者，只因没有掌握核心技术而受制于人。当然也有创新的范例，“中星微”推出“星光工程”，结束中国“无芯”的历史。按照邓中翰博士的说法，也只是“瞄准市场空白，而不是填补技术空白；要做能够占领市场的产品，而非实验室产品。”

创新是一个民族的灵魂。在谙熟中国中国航空制造业的专家看来，“研制高性能航空发动机比登月还难”！ 航空技术行业严重缺乏对机械产品悟性深刻的设计师和技术工人。“悟性深刻”意谓需要有“灵魂”的创新人才。设计师需要有个“聪明的脑袋瓜子”，不仅会模仿，更重要的是“灵魂出窍”，玩出别开生面的花样。要允许设计师异想天开，特别是思想自由，天马行空。遗憾的是国内在培养人才方面还存在着欠缺。王石美国留学归来后，谈到旧金山和纽约的高度发展，原因在于这两座城市汇聚了“聪明的脑袋瓜子”。疾呼“国内的教育制度不改革，无法培养出精英的脑袋瓜子”。心灵手巧的高级技师同样重要。航空发动机的零部件数以万计，种类繁多、结构复杂，其装配主要采用手工方式，装配精度和质量依赖于装配技师的操作经验和熟练程度。长期以来我们的教育对技术工人重视不够，对“中国制造”谁来制造的问题熟视无睹，为此吃了大亏。小学玩奥数，中学看分数，大学混文凭，读博重论文，培养的学生多是眼高手低不如“机器人”。中国的舆论阵地，即使是所谓的“国脸”“名嘴”们，玩的也多是“政治术语”、“游戏人生”，误导青年去争当“公务员”、做“明星梦”。

中国需要更多的“耐得住寂寞，经得住喧闹”的科技人才。倘若改变中国“缺心”、“少芯”的局面，关键是要挖掘有“灵魂”的人才。在培养尖端人才方面，力度、广度和深度都嫌不够，说到肯綮处，还是对人才的认知度不够。面临美欧日韩创新产品的层出不穷，如果我们还是走引进、仿制甚至“山寨”的老路，那只能是“填空补缺”、“望其项背”，很难“并驾齐驱”，也就更谈不上达到“独树一帜”登顶而“一览众山小”的佳境。

篇（6）

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

摘要：为了挖掘隐藏在飞参数据背后的信息知识，应用数据挖掘技术对航空发动机健康状态进行判别研究。利用飞参数据中与发动机健康状态相关的九个参数和典型的故障数据，分别建立了神经网络和决策树模型，通过结果的比较，确定了最佳分类预测模型。

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.

关键词：飞参数据 神经网络 决策树 Clementine

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

中图分类号：V23文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0019-02

0引言

飞参数据是由飞参采集记录设备所记录的与飞机飞行性能、设备状态有关的实时飞行数据。主要用行事故调查、飞机设计、机务维修和飞行质量评估。随着参数量的增加，采样率的提高，记录时间的延长，飞参系统记录的数据量也急剧膨胀，为飞参工作人员利用地面数据处理软件确定机载设备系统的故障以及帮助地勤维护人员视情维修带来了巨大的挑战。目前，各种飞参地面数据处理软件依赖逻辑运算判据对机载设备的故障状态定性进行描述，积累了海量的描述性故障数据，为数据挖掘技术在飞参数据智能处理中的应用带来了广阔的应用前景。

1基于发动机飞参故障数据的数据挖掘

数据挖掘是一个以数据为中心的循序渐进的螺旋式数据探索过程，主要包括业务理解、数据理解、数据准备、建立模型、方案评估和方案实施等多个阶段。根据某航空部队所反馈的有关飞参数据故障现象的描述，问题大多出在发动机上。因此，数据挖掘过程围绕航空发动机的健康状态进行，包括数据预处理、建立模型和结果分析三大环节。

1.1 数据预处理一般来说，在整个数据挖掘实施过程中，70%的工作量用于进行数据预处理，主要是提高数据质量。针对发动机健康状态所描述的故障现象，涵盖起飞阶段、空中飞行阶段以及着陆阶段所出现的左发动机超转、右发动机超转、双发超转、转速相同情况下左发动机或右发动机排温不正常、排温相同情况下左发动机转速或右发动机转速不正常、左发动机或右发动机最高排温偏低等方面。通过对所描述飞参故障数据的分析，发动机健康状态y可定义为四个类别，即左发动机故障、右发动机故障、两个发动机均故障、正常，分别用数值1、2、3、4表示（注意此处故障包括具有故障征兆的含义）。事实上，新生成的发动机健康状态属性y是对定性故障描述数据的一个定量处理。而依据故障现象描述及飞参判据从51个参数中筛选与发动机健康状态有关的9个参数，分别为指示空速、左发排气温度、右发排气温度、左发高压转速、右发高压转速、左起落架放下、右起落架放下、襟翼放下25度、襟翼放下35度，用参变量xi（i=1，2，…，9）表示。经过参数筛选和新属性生成，接下来就需要对数据进行合并、抽样处理。数据合并生成112901个样本，抽样后生成60411个样本。数据预处理节点流程见图2明确变量角色节点之前。

1.2 神经网络与决策树算法作为数据挖掘算法，神经网络与决策树是常用的分类预测方法，其分类也甚多，这里主要介绍所使用的BP神经网络和决策树中的C5.0算法。

BP神经网络是一种前馈式、多层、感知机网络。图1是含有一个隐层的BP网络结构，输入向量为X=（x1，x2，…，xn），输出向量为Y=（y1，y2，…，ym）。

隐层的输出Uj及网络输出yk的计算公式如下：

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是输入层与隐层的连接权值，wjk是隐层与输出层的连接权值，f是（0，1）型Sigmoid激活函数，即：

f（z）=■（3）

网络的确定主要由训练数据对隐层的连接权值ωij、ωjk和阈值θj、θk进行调解，以达到最佳输入输出的映射关系。

决策树是一个可以自动对数据进行分类的树形结构，是树形结构的知识表示，可以直接转换成分类规则。决策树算法是以一组样本数据集为基础的一种归纳学习方法，着眼于从一组无序、无规则的样本数据中推理出决策树表示形式的分类规则[1]。而C5.0作为决策树算法之一，是C4.5的商业化版本，其核心与C4.5相同。下面对C4.5算法进行描述[2]：

输入：R-候选属性的集合（可以是连续值），C-分类属性，S-训练集。输出：一棵决策树。

方法：

①创建结点N。如果训练集为空，则返回结点N并标记为Failure；如果训练集中的所有记录都属于一个类别，则以该类标记结点N；如果候选属性为空，则返回N作为叶节点，标记为训练集中最普通的类。

②for each 候选属性attribute_list。

③if 候选属性是连续的 then 对该属性进行离散化。

④选择候选属性attribute_list中具有最高信息增益的属性D。标记结点N为属性D。

⑤for each 属性D的已知值di。由结点N长出一个条件为D=di的分支。

⑥设Si是训练集S中剩的训练样本的集合。

⑦if Si为空。加上一个树叶，标记为训练集中最普通的类。

⑧else 加上一个由C4.5（R-{D}，C，Si）返回的结点。

1.3 Clementine建模及结果分析选择Clementine12.0软件作为数据挖掘工具，xi（i=1，2，…，9）为条件属性，发动机健康状态y为决策属性，分别建立BP神经网络和决策树模型，从60411个样本中抽取70%的样本作为训练样本，30%样本作为检验样本，执行的结果作为结点加入数据流中。数据挖掘流程如图2。条件属性值经[0,1]标准化处理后的决策树分类预测结果见表1。其中1_Training 是训练样本，2_Testing是检验样本，$C-故障类别是故障类别的预测值，$CC-故障类别是预测置信度。

表2给出了BP神经网络和决策树分类预测精度的对比。通过比较可以看出，BP神经网络和决策树的分类预测精度都非常高，两者差距不大，但是从执行效率上相比，决策树明显优于BP神经网络，仅用时34秒，所以选择决策树作为航空发动机健康状态的分类预测模型比较理想。

2结论

航空发动机作为飞机的核心部件，其健康状态直接影响飞行质量和飞行员的安全。通过对发动机飞参故障数据的分析处理可知，面对海量的飞参数据，将数据挖掘技术应用于航空发动机健康状态的分类预测是可行且具有推广价值的。

参考文献：

[1]廖芹，郝志峰，陈志宏.数据挖掘与数学建模[M].北京：国防工业出版社，2010.2.

篇（7）

科研：“我会再接再厉”

记：非常感谢曹教授能在百忙之中抽出时间接受我们采访，希望这不会影响到您其他的工作安排。

曹：不必客气，有什么问题你们可以随便提问。

记：曹教授，我们知道您现在担任哈工大航空学院的飞行器动力学与控制团队责任教授以及动力学与振动控制实验室主任，目前主要从事航天器空间飞行器然后航空发动机、大型发电机等复杂机构与结构的非线性耦合动力学与振动控制方面的研究工作。请问您是从什么时候开始研究的，目前主要取得了哪些成绩？

曹：2006年5月，我结束在英国兰开斯特大学的科研工作回国后，来到哈工大工作。此后，我就开始从事转子系统，包括大型气能发动机组、大型风力发电设备、航空发动机等旋转机械的振动与稳定性问题的一些研究，并在转子轴承的油膜力表征、带叶片盘的转子轴承系统的非线性振动、叶片机匣的碰摩力表征以及双转子系统的复合碰摩等方面都取得了一些成果。关于这方面的研究论文，主要发表在了英国《机械工程师会刊：工程摩擦学》、《摩擦学国际》、英国《声与振动》、美国机械工程师协会的《振动与声学》、《振动与控制》和《国际机械科学》、《振动与冲击》、《力学季刊》、《航空动力学报》等国内外知名学术刊物，同时还包括一些在国内外的学术会议上报告和交流的一些论文。

2008年，我参加了国家自然科学基金重大研究计划“近空间飞行器关键基础科学问题”，并且主持了高超声飞行器非线性耦合动力学与热弹性颤振控制相关的两个培育项目，因此在机翼以及臂板颤振和控制方面也取得一些成果，提出了包含非线性反馈在内的组合控制律，适用于不同飞行速度的递进式控制律，不同程度地提高了颤振的临界速度。这些相关的成果发表在《中国科学》、《非线性动力学》、《国际声与振动杂志》等学术刊物上。

另外，在航天器研究方面，我从2010年开始着手研究航天器的部件以及卫星和火箭之间的隔振问题，包括主动隔振，被动隔振，主被动一体化的减振、隔振问题，同时还主持了相关的减振/隔振的几个项目。从研究思路来说，我们主要是采取了电磁式的隔振器，包括这个现在用的很新的隔振平台技术方面的工作，并且设计了相应的隔振平台，从而获得了比较好的隔振效果。目前，这部分工作还正在开展当中。

实事求是地说，这些年来我们的研究工作虽然已经取得了一些成绩，但有很多工作还需要深入研究，还需要进一步努力，同时还要多跟国内外的同行进行交流。

记：说到学术交流，我们知道您参加过很多国内外专业学术讨论会，并作了很多重要的学术报告，给您印象最深刻哪次会议，会议起到哪些作用？

曹：是的，我确实受邀参加过很多国际会议，在这些国际会议中，我大多担任分会场主席，主持讨论。此外，我自己也组织过相关的国际会议。要说印象最深刻的学术会议，我觉得2012年在北京召开的第23届国际理论与应用力学大会（International Congress of Theoretical and Applied Mechanics，简称ICTAM）作为国际力学界最权威的学术联合体IUTAM组织的最重要的学术大会，自1924年在荷兰代尔夫特市首次举办后，每4年举办1次，迄今已经在世界范围内成功举办了22次。由于IUTAM的权威性，ICTAM大会在国际力学界有着强大的号召力，被誉为国际力学界的“奥林匹克盛会”。由胡海岩院士主持召开。据不完全统计，有来自世界各地的1300多名力学工作者参加了第22届ICTAM大会的学术交流，共收录论文1322篇论文，其中包括来自中国大陆的近200篇论文。因此，从这个角度而言，这个会议能够在我们国家召开，不仅是我国力学界的一次盛举，而且充分体现了近年来中国力学水平的提高，是我们国家力学研究跻身于世界前列的一个表现。

对于这个会议，我的印象非常深刻，这个会议在我们国家召开，应该说对于我国的力学研究，尤其是动力学与控制及其工程应用的研究与发展起到了非常积极的作用。

记：作为哈工大航天学院的教授、博士生导师，您对我国航天事业现状肯定有很深的了解。那么，您认为我国在航天航空领域还有哪些不足？

曹：我从事的是关于航天器结构振动与控制方面一些研究工作，所以还是着重从这个角度来谈一谈吧。应该说，我国近些年在这些领域的研究取得了很大的进步，但是还有很多相关的挑战性的问题，比如大型航天器柔性结构振动对姿态运动、轨道稳定性等的影响，又比如说柔性结构振动与姿轨运动的协调控制器的设计与实现、连接铰间隙带来的非光滑系统动力学与控制问题，都需要深入的研究。

从航空领域来说，涉及大飞机的大展弦比机翼的颤振及其抑制也需要开展仔细地研究。此外，航空发动机转子系统振动问题同样是亟待解决的关键问题之一。

教学：“关键还是要培养学生的独立科研能力和创新能力”

记：作为博士生导师，您最注重对学生哪些方面的培养，目前为止您培养过多少优秀的博士生，他们都在哪些领域为国家做着贡献？

曹：就博士生培养而言，我认为最重要的还是要培养学生的独立进行科研工作的能力，简而言之，就是要着重培养学生的科研创新能力。也就是说，要在科研过程中，培养学生发现问题和解决问题的能力。当然，除了这些，还需要培养学生具备一些与科学研究相关的工作能力。比如说，从问题的提出到申请相应的项目，然后对这个项目进行相应的计划和解决，最后写出相应的科研报告等等，各个方面都需要培养。与此同时，导师还应当关注学生的修为和交流能力，比如说沟通与学术交流方面的能力培养、国际视野的培养等。

基于这些理由，我们会鼓励学生参加相应的国际会议，并且也会派出学生进行联合培养，同时我们因为自己组织过一些国际国内的学术会议，所以我们的学生在这个过程当中，也参与了这样一个国际国内学术会议的组织安排等这样一些工作。应该说，在博士生的培养方面，我们做的工作应该是比较全面的。

我在国外工作的时间比较长，2006年才回国，因此直到2006年我才开始带自己的研究生。迄今为止，已有9人获得了博士学位，他们分别在相关的科研院所和高等院校工作，如涉及航空航天的研究院所、南京理工大学、哈尔滨工程大学等单位。

至于说为国家做出了哪些重要贡献，我想到现在还说不上。不过，从我了解到的情况来说，他们目前都已经在各自的工作岗位上发挥了一些积极的作用。

记：除了在哈工大从事教育工作，您还曾到香港、英国、澳大利亚等海内外进行访问或教学，在这一过程您感觉和国外的教育方面有哪些差别？

曹：这个问题，我可以简单地谈一点自己的看法。1996年和1999年，我在香港理工大学的土木与结构工程系做了一些合作研究，2000―2006年在英国兰开斯特大学物理系，也是做一些合作研究，后来去澳大利亚做了一个短期的访问。通过在这些个国家和地区的合作研究，我本人也确实接触到了一些新的东西，从而了解到国外教学与研究方式跟我们当然有一些区别。

我认为国外的教育跟我们最大的一个区别就是他们更注重启发式的教学，并且更关注学生动手能力的培养，尤其是在研究成果的展示方面，外国的学生具有相当的优势。因为他们从高中、大学、研究生到博士生都一直有相应的展示的机会，都要做相应的研究与交流，还要做相应的报告。所以国外学生在成果展示以及和外界的交流等方面，具有一定的优势。但从另外一个角度来看，我们中国学生的基础更好，更扎实，学的东西也更多一些。

因此，我们经常可以看到这样一种情况，就是中国的学生大概在刚毕业的一两年，如果要和国外的学生去竞争的话，那么在成果展示和交流能力方面可能会稍微差一些，但是一旦我们熟悉了国外学生的研究方法，应该说中国的学生还是很有优势的。

目标：“教学与科研工作应当并举，不可偏废”

篇（8）

经过几年初步探索，干烈村产学研结合初显成效。2014年，杨秀智家种植的20亩夏橙和杂柑，产量4万余斤，“除去林下作业的劳力和购买肥料等成本，2014年大概有5万多元的纯收入。”杨秀智说，“这还不包括另外10多亩脐橙的收成。”

“一个科研项目选得是否好，关键要有技术需求，要老百姓认可。科技工作者不仅要发表优质的纸质论文，还要把科研成果写在大地上、转化为生产力。”贵州大学教授、贵州省果树工程技术研究中心主任樊卫国对产业研结合的重要性深有体会。

2014年，贵州科技获奖成果产业化成效显著，应用研究与产业化项目64项，占所有获奖项目的71.1%，贵州大学牵头完成的贵州优质柑橘产业化技术集成与转化项目仅是其中之一。这些项目主要围绕全省经济社会发展中急需解决的关键、共性技术和重点、难点问题展开，累计新增产值120.6亿元，新增税收14.8亿元，新增利润30.8亿元。

越来越多的科学技术转化为生产力，为贵州跨越发展提供了有力支撑。在这轮新的科技创新浪潮中，和以往政府主导科研项目不同，企业逐步成为技术创新主体，独立完成或者以第一完成单位参与的科技转化项目尤为引人瞩目，一批对产业发展有重大影响的成果脱颖而出。

由际华三五三七制鞋有限责任公司、四川大学、中国人民总后勤部军需装备研究所等完成的“鞋用橡胶高效硫化新技术开发与应用”科技成果，2009年在际华三五三七制鞋有限责任公司进行全面产业转化与推广。经过4年多的全面推广应用。如今企业胶鞋生产效率和生产能力提高1倍以上，年产7000万双以上，在全国至少有30%的市场占有率，产品的物理性能提高，胶鞋使用寿命延长，同时又减少了废弃物环境污染。

由贵州黎阳航空动力有限公司研制的民用航空发动机风扇轴制造技术攻克飞机“心脏”难题，技术水平达到国际先进水平，为我国自主研制民用航空发动机奠定了基础。同时，这一项目也为贵州形成大型民机制造基地及航空零部件转包生产基地，从而今后融入国家大飞机制造领域奠定基础。在今年2月召开的全省科技奖励大会上，该项目获得贵州省科技进步奖一等奖。

篇（9）

二十一世纪全世界范围内机械产品激烈竞争，各个国家都很重视如何提高产品的设计水平，增强其竞争实力。而产品设计最主要的目标就是对产品进行创新，满足消费者的需要并且占据市场更重要的位置，所以，要想增强机械产品自身的竞争实力，最根本的途径就是重视创新设计。创新设计理论又叫做TRIZ理论，是设计的核心理论，目前已经在机械产品创新设计中被广泛应用，可以提现企业的核心竞争力。1946年，前苏联G.S.Altshuller创立了TRIZ理论，指的是发明问题的解决理论。以这个理论为基础，军事工业得到了很大的发展。二十世纪九十年代开始流入美欧，在某些企业当中开始应用并且推广，取得了很多发明专利，随之也产生了经济效益，当很多国家兴起了TRIZ理论研究和推广的热潮。1998年之后，TRIZ理论开始在中国出现，不少科研机构把TRIZ理论作为技术创新的首选，积极的进行探索。这篇论文主要是探讨TRIZ理论主要内容以及在机械产品创新设计中的应用。

1.TRIZ理论基本内容概述

TRIZ理论的观点是，发明问题的关键是解决冲突，而解决冲突需要遵守相关的原则：对系统的某个零部件或者性能进行改进时，不可以影响到系统或者相邻的其他零部件以及性能。冲突主要包括技术冲突和物理冲突，物理冲突指的是如果对一子系统出现相反的要求时所出现的冲突，系统的某个部分同一时间出现两种相反的状态，主要是由一个参数造成的。技术冲突的含义是系统的某个部分性能增强造成了有害以及有用两种结果，也可以理解为有益作用被引入或者有害作用被消除，造成其他的一个或者几个子系统性能降低，这种问题主要是由两个参数造成的。

G.S.Altshuller在理论当中提出了四十条冲突解决原理，也就是发明原理以及冲突解决矩阵的含义，各种领域的相互冲突的特性通过高度的概括，抽象成为三十九个技术特性参数（也叫做通用工程参数），矩阵中的行代表冲突恶化的参数，列代表冲突改善的参数。针对技术冲突，可以以冲突矩阵为基础，找到对应的发明原理，从而找到解决问题的办法；针对物理冲突，通常利用分离原理了可以找到解决办法，发明原理和分离原理之间具有一定的关系，一条分离原理，可以对应很多条发明原理。

2.TRIZ理论在机械产品创新设计中应用

2.1.TRIZ理论在机械创新设计中应用的步骤程序

将TRIZ理论应用到机械创新设计当中，主要的步骤是：对机械系统问题进行分析，明确关键的技术功能，找到造成系统中问题的参数，对冲突的类型进行判断。如果系统中的问题主要是由一个参数造成的，属于物理冲突；如果是由两个参数造成的，属于技术冲突。可以通过分离原理解决物理冲突，对分离方法进行确定，包括时间分离、空间分离、整体和部分的分离、基于条件的分离，根据实际的分离原理和解决冲突的发明原理的对应关系，找到解决问题的办法。技术冲突，第一步要确定恶化技术特性参数和改善技术特性参数，再以冲突矩阵为基础，找出对应的发明原理，从而找出解决问题的办法。最后，把推荐的对应的发明原理应用的具体的问题上，对每一个原理在具体问题上的实现和应用进行探讨。

2.2.呆扳手的创新设计案例

设计初期的呆扳手在松开或者拧紧六角螺母或者螺栓时，因为螺母或者螺栓受力点在两条棱边，很容易变形，因此无论是松开还是拧紧都比较困难。而新的设计需要避免原来设计当中的缺陷。后来美国一项以冲突矩阵为基础的专利解决了这个问题。这个专利是从三十九个通用工程参数当中选择一对特性参数：1）提高质量的参数：物体所产生的有害因素，可以对螺母或者螺栓减少磨损。2）可以造成负面影响的参数：制造精度，全新的改进有可能造成制造的困难。然后把上面的两个参数代进冲突矩阵，可以得到下面四条发明理论，即是：维数变化、小对称、抛弃与复制、修复。通过分析维数变化以及小对称这两条发明原理可知，经过创新的呆扳手工作面的某些点可以和螺母或者螺栓的侧面相接触，而不仅仅是接触棱边，因此解决了这个问题。

通过这个实例可以说明，机械产品的某些参数或者特性进行改进之后会造成其他参数和特性的恶化，可以通过冲突矩阵来解决这种技术冲突，这说明在机械产品设计当中应用TRIZ理论时具有价值的。

2.3.某飞机的航空发动机引擎罩的创新设计案例

某飞机的航空发动机引擎罩在设计时，表现出来的技术冲突是：一方面希望发动机可以吸入较多的空气，另一方面又希望发动机罩和地面之间的距离可以不减少。把它转化为物理冲突：应该将发动机罩的直径加大，这样有利于吸入空气，但是直径又不宜过大，避免机罩和路面的距离减少。

这个物理冲突可以用空间分离原理进行解决。空间分离所对应的发明原理当中有No.4不对称原理。根据这个原理，可以把原来的对称设计变更为不对称的设计。如下图所示。

图1：发动机罩改进设计方案示意图

篇（10）

1.概述：

该发动机预装架为非标框架类零件，需求量少，只要两个，但要求在同一个安装平台上具有互换性，这对加工变形的控制提出了很高的要求。该预装架的制作，涉及到材料、焊接、热处理、简易工装设计、机械加工等多个学科的知识，难度大。

2.主要技术条件分析

2.1 .尺寸要求

预装架安装座宽度方向中心尺寸490±0.1mm，安装座长度方向中心尺寸976±0.1mm，且两件预装架尺寸中心对角线偏差不超过0.15mm，前安装座的中心与发动机安装板的中心重合一致，相差不超过±0.1mm。

2.2.零件表面粗糙度

零件的加工面粗糙度要求较高，发动机输扭轴安装面及工艺基准板底面粗糙度Ra为0.8μm，因而在加工表面时，采用低进给量来保证其表面粗糙度要求。其余各面的表面粗糙度要求，一般的加工即可达到。

3.铆焊制作

3.1.材料准备

零件主要采用80×40×3.5mm和50×40×3.5mm两种规格的矩形钢管，材料为合金结构钢30CrMnSiA。按工艺拆解的零件图，铆工下料后，铣工定长，铣不同角度和弧度的焊接贴合面，保证焊接处的贴合良好，减小焊接应力及变形。

在铆焊平台上，焊接安装座中心定位轴，以轴中心为基准，组合各件（安装座组焊时底边留5mm加工余量），各零件中心直线度偏差

3.2. 焊前准备

合金结构钢30CrMnSiA含碳量0.28%～0.34%，属于中碳调质钢，具有很高的强度和硬度，但韧性相对较低，焊接性能一般，焊接容易产生裂纹及气孔。所以焊前需做以下准备工作：

3.2.1.四个安装座组焊时底边留5mm焊后加工余量；

3.2.2.焊缝及周边区域内先用丙酮擦除油污，再用砂布、钢丝球等将待焊部位清理干净，以防止产生气孔、夹渣等缺陷；

3.2.3.选择正确的焊接材料，控制焊缝的化学成分，限制有害杂质的含量；

3.2.4.为防止焊接时产生裂纹，焊材使用前必须进行干燥处理；

3.2.5.针对30CrMnSiA薄板进行焊接工艺试验，并根据焊接工艺评定制定合理的《焊接工艺指导书》。

3.3. 焊接工艺

为合理控制焊接热循环，改善焊接应力状态和消除氧化物、硫化物以及低熔点共晶体的有害作用，经过权衡对比各种焊接方法，决定本零件采用热量集中的焊接方法，即手工钨极氩弧焊。

3.3.1.焊接材料：直径为φ2mm的H08Mn2NiMoA焊丝。

3.3.2.焊接规范参数：焊接电流I=130A～140A，焊接速度V=120 mm/min～150mm/min，保护气体流量Ar=10 L/min ～15L/min。

3.3.3.钨极直径=φ3.2mm ，喷嘴直径=φ8 mm ～φ11mm。

3.3.4.焊接步骤：焊缝长度上每隔40mm长点焊固定，再进行连续焊。

3.3.5.焊后焊缝及热影响区采用石棉粉保温，缓冷。

3.3.6.修整焊缝，校正焊接变形。

3.4. 效果检查

预装架为重要零件，焊后对焊缝进行X射线探伤，无裂纹、夹渣等缺陷。外形尺寸进行了检查，变形量

3.5.人工时效

预装架铆焊制作后，内部残余较大的焊接应力。该预装架用于振动场合，需要各安装尺寸保持长期稳定，因此要消除内应力。安排去应力退火的工序，消除内部残余应力，减小零件的变形和焊缝的开裂。

4.机械加工

图纸施工阶段，因对铆焊变形量的大小不能确定，焊后加工面一般留有5mm左右的加工余量。而在机械加工工程中，一次去除这么多的余量，会产生较大的加工内应力，使用过程中应力释放，会导致变形超过允许值的情况发生。为此，要采用分步加工的方法：先粗加工，粗加工时产生较大的内应力通过去应力退火消除；然后精加工。因此时加工余量少，应力和变形就小，稳定性好，满足图纸尺寸及使用要求。

4.1.粗加工

针对一次加工余量多，加工难度较大的特点，安排粗加工工序。在T68卧式镗床上进行粗加工，各尺寸根据需要留有1～2mm的加工余量。

4.2.人工时效

按工艺要求，现场检查各尺寸合格后，为减小粗加工时产生的切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，预装架送至热处理车间进行去应力退火。

4.3.精加工

采用龙门磨床，平磨四处工艺基准板底面，即加工基准面。在型号为TH61125的数控卧式加工中心上精加工，以工艺基准面为支撑，利用弯板等工装夹紧，四个装夹点均匀分布，装夹力均匀，装夹牢固，加工四处安装定位孔及输扭轴安装面和安装孔。

4.4.外观处理

未加工表面扩平腻子，喷防锈底漆及天蓝色面漆各两遍。

5.结论

根据最终检验测量的尺寸，得出该两个预装架中心尺寸偏差

本论文以某发动机预装架制作为例，介绍了非标框架类零件加工变形的各项控制措施，从焊接前的准备，到焊接过程及其后的机械加工过程，以及工序的安排，这些方法对提高框架类零件的尺寸精度及使用稳定性有很大的帮助。

参考文献：

篇（11）

中图分类号：TG174 文献标识码：A

1.简介

现动机在结构和技术上的进步引领了新型涂层的发展并对以前应用的涂层进行了改良。发动机的前半部分即冷却端，包括风扇和压气机，典型应用耐磨蚀涂层和密封涂层。就现动机来说，像风扇叶片、压气机叶片和叶轮等这种冷却端零部件，都是由复合材料、钛铝合金、钛和耐热钢制造而成。但在发动机的受热端，包括燃烧室区域和涡轮部分，应用的是热障涂层（TBCs）和高温密封涂层。本论文的目的是展示作者本人在铝化物扩散涂层、热障涂层和耐侵蚀、腐蚀涂层方面的研究。

2.铝化物扩散涂层沉积方法

要增强涡轮零部件尤其是动、静叶片和燃烧室的耐久性和提高服役温度，可以通过应用防护涂层来实现。高温合金零部件对各种涂层的需求导致涂层在30多年来的应用中迅猛发展。涂层的演变同时还伴随着结构材料的发展。现如今，工程师和制造师有多种涂层沉积技术可供使用，能制备出黏结、扩散和粘扩散涂层，其中大多数都是由通用技术发展改进的，例如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）或热喷涂技术。

2.1 包埋渗法

扩散涂层主要在扩散渗铝过程中，或在渗透复合物Al-Cr、Al-Si、Pt-Al、Ti-Al过程中沉积而成。在粉末渗透过程中，将待涂镀零件置于特定容器内，然后用专用的粉末混合剂将零件包埋，该混合剂含有像Al2O3、铝化物粉末或合金以及化学活化剂等中性添加物。接下来将容器密封好置于炉内，化学活化剂在700℃～1050℃的限定工艺温度范围内会产生输送蒸汽源。扩散渗铝工艺以这种方式通常持续工作长达20个小时，并要严格控制以防止粉末混合剂氧化。要获得不同厚度或Al浓度的涂层可采用多种类粉末工艺。所说的多种类粉末可以分为高度、中度和低度活化粉末。在铝化物涂层沉积过程中，在高温约1050℃下生成低铝含量NiAl相（低活性过程），而在700℃下则生成高铝含量NiAl相（高活性过程）。

2.2 非接触式渗

非接触式渗是将待渗零件置于容器内，避免其与粉末混合剂相接触，该混合剂通常呈颗粒状。此工艺过程是在甑式炉或真空炉内完成的。在整个涂层沉积过程中需向容器内供应额外的中性运载气体，以输送出沉积涂层时产生的混合气体。现有几种不同的非接触式渗透法正在被应用，包括负压渗透工艺、由SNECMA研发的脉冲气相渗铝工艺以及用两种不同化学成分的混合物进行的渗透工艺似乎最具吸引力。该方法的主要益处如下：无需待渗材料与粉末接触，这一点能显著提高涂层的表面质量；可对整个工艺过程实施更多的控制；工艺过程更加整洁（与粉末工艺相比）；以及铝化物涂层可以通过添加元素进行改良以提高其耐热性能。图1所示为铂改良铝化物涂层的显微结构，该结构是在镀铂和镀铝过程中获取的。

铂改良铝化物涂层能提高耐热性能，已在1100℃下1小时循环的试验室抗氧化循环试验中得以证实。

2.3 CVD渗铝技术

化学气相沉积技术由上述铝化物扩散涂层沉积技术演变而来。化学气相沉积过程中将涡轮叶片置于甄内，并向甄内供应在外部反应器内生成的AlCl3+H2气体。AlCl3气体是在含有铝化物的受热生成器内与HCI发生反应后形成的。然后预热AlCl3+H2，在温度约达1000℃时供应到甄内。装有气体的化学气相沉积甄通常在钟罩式炉、均热炉或升降式炉内加热到工作温度。存留在甄内的反应气体用特殊气体中和系统进行处理。渗铝法能同时涂覆涡轮叶片的内外表面，尤其是冷却通道，该区域用其他涂覆方法就比较难处理。除此之外，应用该工艺还可以调节冷却率，这对几种铸造高温合金热工作参数的计算至关重要。

3.热障涂层制备工艺

由于燃烧室零部件和动静叶片上采用热障涂层，所以进口温度可以有所增加。与涂有陶瓷涂层的材料表面温度相比，采用热障涂层能使所应用的高温合金表面温度降低170℃左右。此外，热障涂层能降低必需的冷却空气量，同时能保持恒定的排气温度，而且能显著提高零部件的耐久性和抗热变能力。

热障涂层是由含有ZrO2xY2O3的陶瓷面层和含有MCrAlY（M=Ni，Co，Fe）的黏结层构成的。较低的导热性再结合陶瓷材料的特性能降低黏结层之上的层间温度，这就能使热障涂层的抗氧化性和抗高温腐蚀性有所提高。

最通用的热障涂层制备技术有APS（空气等离子喷涂）、LPPS（低压等离子喷涂）或EB-PVD（电子束物理气相沉积）。热喷涂技术通常用来制备燃烧室零部件及静叶片上应用的TBCs（热障涂层），而动叶片上应用的热障涂层一般采用EB-PVD技术制备。

用空气等离子喷涂技术和EB-PVD技术制备的TBCs在结构和性能上各有不同。等离子喷涂的涂层显示为带状结构，而EB-PVD制备的涂层以柱状结构为特征。等离子喷涂的热障涂层易受热应力影响，有大量的微裂纹产生和生长从而导致出现裂解现象，这也有可能致使涂层完全剥落。众所周知，在陶瓷层与MCrAlY层之间形成的TGO（热生长氧化物）层对热障涂层的耐久性有很大的影响。TGO层对热障涂层性能的影响，尤其是对结构和厚度的影响，成为当前研究的主要课题。

采用EB-PVD技术制备出的热障涂层结构在实际应用中显示出更强的抗热应力能力。不仅仅是因为在沉积过程中形成的有特点的柱状结构在热循环期间起到较好的应力补偿作用，还有这种结构能防止涂层基底出现裂纹。

4.耐侵蚀、腐蚀涂层制备工艺

应用防护涂层可以防止航空发动机零部件遭受腐蚀损伤。发展PVD技术目的在于提高涂层的性能并扩展其应用范围。由目前研发的PVD技术获得的涂层成为航空发动机压气机叶片最具吸引力的涂层制备技术之一。用于这种特殊结构件的防护涂层必须符合多方面要求，既包括机械性能的还包括耐腐蚀和耐磨损方面的。

Arc-PVD属于PVD技术的一种，制备出的防护涂层种类广泛，当然也包括多层涂层。该技术以高的电离度和相对高的沉积能力为特征。Arc-PVD的主要优势在于制备出的涂层不仅非常坚固耐磨，而且耐腐蚀性极强。

由PVD技术制备的涂层中，氮化铬涂层较其它氮化物涂层的耐腐蚀性相对更高一些，原因在于该涂层结构精细密实且密度高。可以通过应用铬或铝夹层来提高氮化铬涂层的密度，其密度的高低在很大程度上决定了涂层的耐腐蚀性能。

Arc-PVD技术制备的铬涂层对钢基合金的粘结性最强，高达80N，另外，它能对之后的Cr/CrN多层涂层中较硬的氮化铬层提供完美的粘结效果。除此之外，也一直在尝试制备铝粘结层和Al/AlN多层涂层。

铝基涂层是最具发展前景的阴极保护涂层。通过磁控管溅射获得的涂层显示出良好的耐腐蚀性，但是这种涂层的摩擦性能却很差。采用PVD技术制备出的涂层具有较强的耐腐蚀性当然是最合理也是最可取的，尤其是在自动化和飞机制造业领域。沉积到钢质材料上的Al、AlMg、Cr、Cr/CrN和Cr/CrN/Al涂层有望取代主要以电沉积工艺制备的镉涂层。

Arc-PVD制备的多层涂层由氮化铬组成且包含铬夹层，其具有很高的耐腐蚀性。这种涂层也被公认为灵敏涂层，因为它们的结构能根据作业条件决定磨损强度。经证实叶片进气边上相对软的铬涂层很少遭受损伤，而排气边上的氮化物硬化层能提供有效的防腐蚀保护。

结论