2024年第47卷第7期文章目次

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  • 1  直升机变旋翼转速技术研究现状
    陈广艳,贾清龙,胡明辉,曾利
    2024, 47(7):1-20. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.101
    [摘要](131) [HTML](42) [PDF 3.07 M](458)
    摘要:
    直升机具有垂直起降、悬停和低空机动飞行的独特优势,在军用和民用航空领域发挥着重要作用,然而低速、高油耗、短续航和高噪声等不足制约了其应用市场拓展。根据飞行工况变化动态调整旋翼转速的变旋翼转速技术能较大程度上克服上述不足,提升直升机的综合性能,因而成为当前直升机领域重要的研究课题。目前,在变旋翼转速对直升机具体性能的影响、变旋翼转速的优化与控制、因使用变旋翼转速技术衍生的控制和变旋翼转速的实现等问题的研究仍面临着诸多挑战。基于此,文中综合了国内外变旋翼转速技术的研究成果,着重从变旋翼转速对直升机性能的影响、变旋翼转速的优化与控制、变旋翼转速技术的实现3个方面阐述了变旋翼转速技术的研究发展现状,并对其进行归纳和展望,旨在为高性能直升机变旋翼转速技术的发展提供有价值的参考。
    2  多尺度仿生超疏水结构的制备与性能表征
    向露,黄楷焱,宁慧铭,李宗阳,袁卫锋
    2024, 47(7):21-31. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.123
    [摘要](130) [HTML](28) [PDF 3.19 M](268)
    摘要:
    受冰岛野罂粟花苞绒毛的疏水特性启发,采用3D打印与化学修饰相结合的方法,制备了一种多尺度的超疏水结构,并利用扫描电子显微镜和微力测量仪分别对其进行了微观形貌和疏水性能表征。该结构在宏观尺度下呈现为物体表面上按照阵列分布的仿生柱杆,而柱杆表面黏附有碳纳米管团簇形成的微观尺度鳞片。因多尺度协同增强效应,被该结构覆盖的表面具有优异的超疏水性能,斥水力可达50.68 N/m2。与现有的表面疏水涂层等微观疏水结构的制备工艺相比,提出的方法经济、简单,多尺度结构抗破坏能力强,疏水功能稳定,便于工业化生产,可应用于液滴定向运移、流体减阻和水下气体交换等多个领域。
    3  非均匀预紧力作用下螺栓连接框架结构频响函数计算
    陈彦成,孙伟,刘晓峰
    2024, 47(7):32-42. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.125
    [摘要](98) [HTML](27) [PDF 2.89 M](241)
    摘要:
    机械装备中的框架结构大多通过螺栓连接在一起,各螺栓之间出现非均匀预紧会对框架结构的振动特性参数(如频响函数)产生明显的影响。基于有限元法提出了一种考虑螺栓非均匀预紧的框架结构频响函数计算方法。按照频响函数的定义,根据模态叠加原理推导出适用于螺栓连接框架结构频响函数的计算公式;从服务于频响函数计算的需求出发,基于ANSYS软件阐述了螺栓非均匀预紧的模拟及提取包含非均匀预紧的框架结构刚度及质量矩阵的方法;给出了基于ANSYS和Matlab两种软件平台对螺栓连接框架结构频响函数进行计算的分析流程;以一个包含4个连接螺栓的框架结构为对象进行了实例研究,用试验证明了所提频响函数计算方法的合理性,在此基础上从试验及仿真两个角度分析了螺栓预紧力对框架结构频响函数的影响。结果表明,随着螺栓预紧力的增加,框架结构固有频率及频响函数峰值均变大。
    4  空间滚动轴承MoS2薄膜润滑分子动力学模拟
    董绍江,程伟伦,汤宝平,胡小林
    2024, 47(7):43-52. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2023.102
    [摘要](119) [HTML](20) [PDF 4.43 M](192)
    摘要:
    针对空间滚动轴承往复运动状态下二硫化钼薄膜润滑失效机理不明的难题,提出了采用分子动力学对薄膜润滑过程进行分析的方法。建立了单层二硫化钼薄膜摩擦原子模型,针对载荷和环境温度这2个空间滚动轴承的重要影响因素展开了二硫化钼薄膜的往复摆动模拟,得到了摩擦过程中二硫化钼薄膜的摩擦力、粘附力和磨损情况。模拟结果表明:Fe-Ni-Cr合金探针在单层二硫化钼薄膜上的摩擦为黏滑运动,载荷在20~100 nN范围内探针的摩擦过程不会对薄膜造成磨损,但在往复运动过程中润滑性能有所提高;载荷从200 nN开始探针的摩擦过程会对薄膜造成磨损,往复运动过程中摩擦系数不断提高,润滑性能下降;400 nN为单层薄膜的载荷极限,在该载荷下探针会刺穿薄膜与基底接触此时薄膜迅速磨损失去润滑作用。环境温度在1 773.15 K以下对薄膜的润滑作用影响不明显,但达到该温度后薄膜边界处开始缓慢熔化,当环境温度达到二硫化钼熔点时薄膜的熔化速度加快并失去润滑作用。从这些发现得到如下结论:二硫化钼单层薄膜在接触载荷8 GPa以下拥有优异的耐磨性和润滑性;在薄膜未破损的条件下,反复摩擦过程提升了润滑性能;二维层状结构对单层二硫化钼薄膜润滑性能有重要的影响,高温和重载都会对薄膜层状结构造成破坏。
    5  双质量飞轮对汽车传动系扭振的影响
    朱凌,柏福明,毛杰,谢辉
    2024, 47(7):53-62. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.010
    [摘要](102) [HTML](27) [PDF 2.62 M](321)
    摘要:
    为研究双质量飞轮(dual mass flywheel,DMF)对整车传动系扭振的影响,基于DMF理论搭建了仿真模型,并通过试验台架测试了DMF在不同振幅工况下的扭转刚度特性。通过不同工况下迟滞曲线仿真和试验对比,验证了DMF仿真模型的精度。基于准确的DMF模型,搭建了传动系扭振仿真模型,并通过整车状态怠速和3挡节气门全开工况的仿真和试验转速波动对标,验证了传动系扭振模型的精度。通过DMF设计参数的灵敏度分析,研究了传动系扭振开发和DMF设计的匹配。结果显示,DMF能衰减70%~90%的发动机燃烧主阶次转速波动幅值,极大降低扭振问题发生的风险。
    6  集成式GaN单开关管功率因数校正变换器
    曹通,秦世清,何映谊,李婷,张秀梅,杨国锋,卞宝安
    2024, 47(7):63-73. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.214
    [摘要](104) [HTML](25) [PDF 3.29 M](154)
    摘要:
    传统的降压型功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器由于存在高谐波电流的缺点,较难满足IEC61000-3-2 C类限值,其应用受到很大限制。文中设计并搭建了一种集成式功率因数校正变换器,该变换器由一个降压PFC变换器和一个反激PFC变换器组成,其中降压和反激PFC变换器采用输入并联和输出并联连接方式共用一个GaN开关管和控制电路,降低变换器成本。集成式变换器在临界导通模式(critical conduction mode,CRM)恒定导通时间(constant on time,COT)控制下,反激单元消除了降压输入电流死区的影响,利用降压和反激PFC变换器的优势和GaN开关管的优异性能,变换器可以在宽电压输入范围下实现高效率和低总谐波失真。文中介绍了电路结构和工作原理,通过PSIM(power simulation)仿真验证理论推导的正确性,最后搭建了满载效率为94.1%的120 W样机,验证了该方案的可行性。
    7  宽频拖曳式地震检波器的面波精细化探测成像
    鲁兴林,廖先,胡绪权,吴牧阳,付志雄,刘龙欢,付志红
    2024, 47(7):74-85. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.210
    [摘要](110) [HTML](22) [PDF 11.03 M](178)
    摘要:
    传统的主动源面波仪采用锥形速度型检波器,具有频带窄、纵向分辨率低的缺点。传统装置移动测点需人工手动逐一移动检波器,无法低成本快速采集高密度面波数据,横向分辨率低。文中提出适应于硬化路面的拖曳式地震面波数据采集方法,设计重力耦合加速度检波器,线性、阵列拖曳式检波器串结构,提出高采样以提高面波探测精度的方法,实现高密度、小道距、高采样率、宽频数据采集。分析模型数据和实测数据在不同采样率时的结果表明,高采样能压制噪声干扰增强低频能量,保证足够的探测深度;检波器采集的面波数据,能保证在足够的深度范围内精细地刻画速度层的变化,查明潜在的塌陷位置。将拖曳式地震检波器应用于城市道路塌陷探测,体现高效采集、精细探测的优势。
    8  面向城市轨道交通综合能源站的储能系统鲁棒优化运行策略
    张宇,时珊珊,张开宇,陶宇霖,王丽朝,孙耀杰,王瑜
    2024, 47(7):86-97. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2024.07.008
    [摘要](115) [HTML](30) [PDF 2.51 M](244)
    摘要:
    随着城市化进程的加快,可再生能源和先进储能技术的融合在应对与城市轨道交通相关的能源效率提升方面具有巨大的应用前景,但随之带来能源系统的规划配置和运行优化问题。通过分析轨道交通系统中牵引负荷的能源需求及间歇性光伏出力的动态特征,建立了源荷多面体不确定集下的储能配置及优化运行鲁棒模型。在满足稳定性和经济性约束条件下,以储能综合日均成本最小为目标函数,采用列与约束生成算法求解模型。仿真算例分析了源荷不确定性程度对调度运行方案和日均总综合成本等指标的影响,验证了所提优化模型的有效性,对研究储能系统在提高城市轨道交通网络弹性和稳定性方面的关键作用具有进步意义。
    9  具有预设性能的板球系统神经超扭曲滑模控制
    夏国锋,向凤红
    2024, 47(7):98-109. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.213
    [摘要](99) [HTML](23) [PDF 2.59 M](241)
    摘要:
    提出了一种新的具有预设性能的自回归小波神经网络(self-recurrent wavelet neural network,SRWNN)超扭曲非奇异快速终端滑模(super-twisting non-singular fast terminal sliding mode,STNFTSM)控制方法(SRWNN_STNFTSM),在动力学不确定性和未知扰动的情况下提高板球系统的跟踪控制性能。利用预设性能函数(prescribed performance function,PPF),将板球系统受约束的位置误差转换为无约束的误差模型。引入非奇异快速终端滑模(non-singular fast terminal sliding mode, NFTSM)面来消除常规终端滑模控制存在的奇异问题,并加入一个tanh函数的补偿项改进NFTSM滑模面,以调节轨迹跟踪的收敛速度和跟踪精度,同时结合超扭曲算法(super-twisting algorithm,STA)设计STNFTSM控制器,以削弱抖振和集总扰动的影响。针对系统存在的集总扰动,为了保证高跟踪精度,结合STNFTSM设计了自适应SRWNN补偿器来消除扰动,保证了鲁棒性。与现有常规滑模控制相比,仿真验证表明SRWNN_STNFTSM具有良好的跟踪性能和鲁棒性,能够对集总扰动下的板球系统进行准确跟踪。
    10  分布式软件定义网络中多域流量工程的路由优化方法
    王坤,吕光宏,胥林,杨晗,邓慧
    2024, 47(7):110-124. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.217
    [摘要](101) [HTML](23) [PDF 2.08 M](272)
    摘要:
    针对分布式软件定义网络(software-defined networking,SDN)中流量管理调度不均衡的流量工程问题,提出一种基于负载均衡的多控制域流量路由优化的解决方案。首先分析控制消息流量的组成、域内通信及域间通信规则;然后基于4种控制消息定义控制链路流量的构成,明确链路承载流量分为控制消息流量和业务流量,建立平衡控制器负载和最小化最大链路利用率的优化模型;最后基于域内通信和域间通信提出两层路由算法。为提高模型求解精度,进一步提出改进离散萤火虫算法求解最优路由。结合ABILENE网络和GEANT网络,分析控制消息流量、控制器负载和链路负载等评价指标。实验结果表明,优化模型能有效实现控制器和链路负载均衡,控制消息流量是流量工程重要组成部分。相比集中控制模式,扁平分布式控制模式的平均控制器负载降低47.3%,最大链路利用率相差不超过15%。
    11  基于k-means的动态多组织PBFT算法
    杨雨浓,唐凌翔,王洪
    2024, 47(7):125-139. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2024.07.011
    [摘要](92) [HTML](32) [PDF 2.16 M](168)
    摘要:
    联盟区块链系统被广泛用于金融和物流等场景。现有应用于区块链系统的实用拜占庭算法(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)存在可扩展性较低及通信成本较高等问题,阻碍了区块链系统在大规模场景中的应用。针对上述问题,提出了一种动态多组织实用拜占庭容错算法(k-means-practical Byzantine fault tolerance,k-PBFT)。通过改进k-means算法,根据节点的时延以及节点间通信距离将节点分为多个自治组织,各组织之间通过组织代表节点进行通信。当新节点加入时,根据其特点将其分配到最合理的组织。同时,引入信誉机制以辨别系统中的诚实节点与恶意节点,从而提高系统的安全性。此外,该算法还引入节点任期机制,使区块链中每个诚实节点都有机会充当组织代表节点或主节点。实验结果表明,与PBFT算法相比,k-PBFT算法通信复杂度降低了75%;当节点数为100时,相比于PBFT算法,时延降低了210 ms,吞吐量提高了100%。在高延迟环境下,相较于基于信誉分组的PBFT改进算法,当节点数为100时,时延降低了20%,吞吐量提高了17%。
    12  经济周期的有序样本最优分割算法及实证研究
    张强劲
    2024, 47(7):140-148. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2023.042
    [摘要](247) [HTML](56) [PDF 2.18 M](453)
    摘要:
    经济周期的阶段划分属于聚类问题中特殊的类型,需要对有序的时间序列样本进行分割,而经济周期的有序阶段划分则是研究经济周期相关问题的基础工作。文中构建以国内生产总值(gross domestic product, GDP)和居民消费价格指数(consumer price index, CPI)为基础数据的经济发展指标向量,提出针对经济周期阶段划分的有序样本最优分割算法,并分别选取美国1948年第三季度至2008年第二季度和日本1971年第三季度至2008年第二季度的数据为样本,动态分析算法的精度趋势和最优分割效果,为经济周期的阶段划分提供一种高效、简洁的算法。

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