北京航空航天大学学报

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耿云飞, 阎超, 徐晶磊, 康宏琳

2011, 37(8): 907-911.

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选取了超声速二维膨胀-压缩拐角和高超声速双椭球绕流作为基准流动,考察了几种当前CFD(Computational Fluid Dynamics)工程应用较流行的湍流模式:BL(Baldwin-Lomax)模式、SA(Spalart-Allmaras)模式、k-ω模式以及SST(Shear-Stress Transport)模式,通过数值计算结果和实验结果的对比及分析,对有关的湍流模式进行了评估,得到一些有意义的结论,并指出受流动可压缩效应的影响,计算高超声速湍流壁面热流时要对现有的湍流模式进行相应的可压缩修正.

谱载荷下三维构件疲劳分析的损伤力学方法

孟宪红, 白曌宇, 张行

2011, 37(8): 912-917,932.

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建立了工程中常见的三维构件的一个损伤力学守恒积分,并利用此积分的守恒性与小范围损伤的条件,推导出计及损伤耦合效应时集中的应力与应变所应满足的方程.根据以损伤驱动力表示的损伤演化方程,推导了在谱载荷作用下,疲劳裂纹萌生寿命预估的解析表达式,建立了以等效应力表示的非分离变量型损伤演化方程,并在短周期加载条件下得到积分形式的疲劳寿命闭合解.对某飞机起落架为代表的三维构件在谱载荷作用下的疲劳寿命进行了预报.

悬停状态下小型共轴直升机操纵响应特性分析

徐冠峰, 陈铭

2011, 37(8): 918-922.

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从在研共轴双旋翼直升机的工程实际出发,建立了悬停状态下旋翼非定常气动特性的计算模型.引入Leishman-Beddoes指数函数的半经验公式,建立了二维翼型非定常气动模型;引入干扰因子到动态入流模型,建立了反映共轴双旋翼直升机上下旋翼气动干扰的诱导速度模型;从桨叶的挥舞动力学模型出发,利用四阶Runge-Kutta算法求解桨叶刚性挥舞角的数值解.通过计算分析,得到了悬停状态,总距突增时上下旋翼升力和扭矩的动态响应特性,并分析比较了半差动和全差动航向控制方式的操纵响应差别,为共轴式直升机机动特性的研究作了必要的准备.

同轴撞击气-气喷嘴数值模拟和实验

高玉闪, 陈泽, 李茂, 蔡国飙

2011, 37(8): 923-926.

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为进一步深入研究喷嘴结构参数对气-气掺混燃烧特性的影响,针对氢向氧斜喷带撞击角度的气-气喷嘴开展了实验和数值模拟.实验研究了撞击角度对燃烧效率和燃烧室壁面温度的影响,数值仿真分析了撞击角度对喷注面板和氧喷嘴管壁温的影响.结果表明:随着氢向氧撞击角度的增大,推进剂燃烧效率、燃烧室壁面和氧喷嘴出口管壁面热载降低;氢向氧撞击角度的引入,增大了喷注面板热载.

考虑舵机动力学的舵系统颤振特性分析

张新榃, 吴志刚, 杨超

2011, 37(8): 927-932.

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飞行器舵面的颤振特性与舵机动态特性有很大关系.提出了2种考虑舵机复刚度颤振分析的工程分析方法,第1种方法思想是对舵面和舵机的耦合系统(下文称舵系统)模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断,称为时域方法;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用改进的V-g法求解该方程得到舵系统颤振特性,称为频域方法.通过对舵系统模型算例的数值计算验证了方法的可行性;发现传统的按扭转频率进行舵机刚度等效的舵面颤振工程计算方法的结果相对于该方法有较大差别.说明当舵机动力学特性较差时,在舵面颤振分析中考虑舵机复刚度特性是很有必要的.

基于作战能力的飞机生存力模型及其综合权衡

王怀威, 李曙林, 童中翔

2011, 37(8): 933-936,947.

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针对现有模型在计算飞机主动自主防御下的生存力时存在不足,提出了一种新的飞机生存力计算模型.从攻防结合的角度分析了飞机-威胁-生存力-作战能力之间的相互联系,建立了包含作战能力的生存力计算模型,用算例验证了该模型的正确性和合理性.引入权重表示具体作战任务中对生存力和作战能力的不同需求,以武器投射距离为控制变量,采用逼近理想解的排序方法(TOPSIS,Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)对生存力-作战能力进行了多属性决策.结果表明:在一定的生存力和作战能力需求下,存在最佳的武器投射距离,该距离随生存力需求的不同而变化.此方法可用来指导实际作战计划的制定.

BWB客机经济性相关设计参数的影响分析

赵志高, 张曙光

2011, 37(8): 937-942.

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为了分析翼身融合布局客机(BWB,Blended Wing Body)高巡航升阻比和与其匹配的下一代低油耗发动机所带来的经济性收益,通过估算飞机的总体参数和计算飞行性能,以每座公里耗油量为衡量标准,定量分析巡航升阻比和发动机耗油率等相关参数对250座级和450座级的影响;与现有同量级常规布局客机对比分析,估算出BWB系列客机经济性收益的具体数据,并分析座级和航程对BWB客机经济性的影响,得出BWB系列客机发展的趋势和特点,最终综合考虑收益与可实现难度和代价,给出合理的设计参数值.

顺载和管径对管内水沸腾两相流流动性的影响

马启成, 宋保银, 单绍荣

2011, 37(8): 943-947.

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利用地面转台旋转产生的离心力模拟飞行过载,并在此过载作用下进行了不同管径内沸水两相流实验.通过改变过载大小、管径、沸水流量等参数,得到沸水流动特性的初步变化规律,并对顺载作用下沸水的流型进行了拍摄.结果显示顺载和管径对沸水的流动会产生明显的影响.顺载作用使管内出现了一些新流型,并且增加了流动的不稳定性.压差随顺载的增大而减小,且管径越大其减小的程度越大.实验结果增加了动载下管道内工质流动特性的数据积累,同时对飞行器上蒸发循环制冷系统的理论分析和设计提供一定的借鉴和参考.

考虑耦合效应的动量轮扰动测量

张鹏飞, 程伟, 赵煜

2011, 37(8): 948-952.

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摘要:
动量轮微振动是影响卫星姿态控制精度的重要因素.测量动量轮扰动的目的是掌握其扰动规律,进而采取相应的控制方法和隔离技术.由于动量轮的扰动频带很宽,扰动会与测试台的固有频率产生耦合.应用"动质量测试法"来定量地考察测试台刚度对扰动力测试的影响,并建立动量轮的力学模型,以得到不受影响的纯扰动.设计两种不同刚度的测试平台进行扰动测试.应用放大系数对测试结果进行修正,得到消除测试平台刚度影响的测试结果并进行比较.比较结果表明:动质量测试与理论建模结合法能够得到测试台的刚度对测试结果的影响.

侧管式高空代偿服加压力学工效分析

张春光, 丁立, 秦志峰, 肖华军

2011, 37(8): 953-957.

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高空代偿服充压后会限制人体的活动,为探讨在不同压力水平下代偿服对人体作业工效的影响,进行了力学工效分析,主要包括力量测试、基于Vicon460三维运动捕捉系统下的活动范围和操作灵活性测试,并且针对耐受性和灵活性进行了主观测试.结果表明:①代偿服加压对作业工效产生显著影响(P<0.05),肩关节、髋关节比较敏感,1.96 kPa下降幅分别达62.2%和42.3%,10.49 kPa下肩关节后展降幅最大,为83.1%,其次是颈关节转动,为63.3%;②上肢受压力影响比下肢严重;③力量测试影响较小(P>0.05);④主观测试结果与客观数据一致,能够反映人体对不同代偿加压值的反应.其结果可为高空代偿服的评价和性能改善提供基础性资料,具有一定实际意义和应用价值.

基于Gram-Schmidt过程的判别变量筛选方法

王惠文, 陈梅玲, Gilbert Saporta

2011, 37(8): 958-961.

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利用Gram-Schmidt过程,在自变量集合中选择对判别分类解释性最强的信息,删除对分类无显著解释作用的信息以及重复解释的信息,并把挑选出来的解释变量集合变换成若干直交变量.一方面实现了判别分析模型中的变量筛选,同时也解决了自变量多重共线条件下的有效建模问题.在选入变量的过程中运用F统计量检验变量的判别作用,更容易被统计应用人员所接受.为了说明所提算法的合理性和有效性,以Fisher判别分析建模为例,通过仿真数据建模取得了合理准确的分析结论.

无线网络弱硬实时调度算法

蒋宇乐, 王海梁, 熊华钢

2011, 37(8): 962-967,996.

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提出了一种结合信道状况考虑的(m, k)-firm弱硬实时调度算法.该算法将消息划分为强制(mandatory)和可选(optional)2种类型,并优先调度强制消息.消息的类型由线下静态分配和线上动态调整共同决定.其中,静态分配使用(m, k)-pattern分配消息类型,动态调整是在不违反(m, k)-firm约束的前提下尽力减少强制消息在差信道状况下传输.理论分析证明:①在假设所有强制消息都实时成功传输的前提下,经动态调整的消息集仍然满足(m, k)-firm;②在使用平均分布(m, k)-pattern时,动态调整之后不改变消息集中强制消息的N次重传可调度性.仿真结果表明,该算法与仅使用静态分配消息类型的算法比较,能够改善弱硬实时的可调度性能,节省无线网络中带宽和能耗的开销.

基于正交试验的汽车稳态回转性能仿真

姜立标, 侯文超, 谷方德

2011, 37(8): 968-972.

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虚拟仿真技术与正交试验设计方法的结合可为汽车产品的开发提供新思路.对汽车稳态回转性能进行研究时,可在多体动力学仿真软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)中建立汽车虚拟样机模型,利用正交试验设计方法对试验方案进行合理设计,按照设计好的试验方案在ADAMS中进行仿真,通过对试验数据进行必要的处理与分析可得最优试验方案和各试验因素的影响程度.经分析可知,对汽车稳态回转性能影响较大的4个因素按影响程度排序依次为质心前后位置、前后轮胎的侧偏刚度、质心高度、前螺旋弹簧刚度.

一种磁悬浮开关磁阻电机用轴向径向磁轴承

赵旭升, 邓智泉, 汪波

2011, 37(8): 973-978.

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为了克服现有永磁偏置轴向径向磁轴承的缺陷,研究了一种新型结构的磁悬浮开关磁阻电机用永磁偏置轴向径向磁轴承.分析其结构及工作原理,利用等效磁路法进行分析,得出了轴向悬浮力及径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其轴向、径向位移刚度和电流刚度.给出了磁极面积、控制线圈安匝数、定转子结构等主要参数的设计方法,给出了样机参数,用有限元对样机进行了三维仿真分析.理论研究和仿真分析表明:该永磁偏置轴向径向磁轴承结构紧凑,轴向控制磁通和径向控制磁通彼此解耦,控制更加容易,适用于高速、低功耗等场合.

基于正交设计的3-RPS并联机构精度分析与综合

李新友, 陈五一, 韩先国

2011, 37(8): 979-984.

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为了分析3-RPS并联机构在整个工作空间内各个位姿参数对位姿误差的影响程度,并且使该机构在整个工作空间内都满足精度要求,利用正交设计的思想对该机构进行了精度分析与精度综合.根据正交设计的思想,把该机构的3个位姿参数看成对位姿误差有影响的3个因素,用位姿误差的极差值作为敏感系数,通过极差分析得到了位姿参数对位姿误差的影响程度.以敏感系数的比值为依据合理划分各个因素的水平数,使排列的正交表为精度综合提供更加合理的位姿,对表中的各个位姿进行精度综合,得到了给定精度要求下的21项几何原始误差的公差值.结果表明:用正交设计的思想可以分析清楚位姿参数对位姿误差的影响程度,精度综合结果使机构在整个工作空间内满足精度要求,为物理样机的研制提供了参考.

准互易光学电压传感器的电场计算与误差分析

冯秀娟, 张春熹, 于佳, 李传生

2011, 37(8): 985-989.

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摘要:
针对一种新型的具有准互易反射式光路结构的光学电压传感器,设计了基于锗酸铋(BGO,Bi₄Ge₃O₁₂)晶体横向调制方式的高压探头.采用ANSYS有限元分析软件对所设计的高压探头进行电场计算,得到了探头内的电场及电势分布;讨论了探头内电场分布不均匀及干扰电场导致的测量误差.计算结果表明:标准条件下探头的最高可测电压不低于15 kV;电场分布不均匀导致光沿着晶体内不同路径传输时,电场强度对路径的积分结果即测量电压不同,影响传感器的稳定性和测量精度;探头内干扰电场导致0~5 kV范围内最大测量误差达1.2‰,这一测量误差对于2‰精度的电压传感器是不可忽略的.

PROFIBUS-DP主站网关设计及其关键技术

夏继强, 梁超众, 耿春明, 陈学军

2011, 37(8): 990-996.

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摘要:
针对标准PROFIBUS-DP从站产品难以集成到现有集散式控制系统的问题,提出了网关解决方案.在对现有网关实现方案进行比较后,选用软核方案,设计了具有热插拔功能且兼容两种实现方案的硬件平台.采用模块化设计思想进行软件架构,应用状态机法实现了"PROFIBUS-DP通信"子功能.从防错设计、纠错设计、故障恢复设计等方面对设计方案中软、硬件可靠性进行了详细分析.针对硬件特性,从调度策略的角度阐述了影响系统实时性的关键问题,并对自主设计主站的难点问题-组态设计进行了说明.该方案支持系统运行过程中动态地增加和删除从站,修改从站配置参数.分析并实验测试了网关的性能参数,网关最高支持3 Mbit/s的通信波特率.实验结果表明,系统性能优越,运行稳定.

基于PSO算法的直接驱动阀用音圈电机优化设计

吴帅, 王大彧, 邢秋君, 焦宗夏

2011, 37(8): 997-1000.

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摘要:
音圈电机(VCM,Voice Coil Motor)直接驱动伺服阀(DDV, Direct Drive Valve)采用VCM直接驱动滑阀阀芯,VCM的性能对DDV整体性能起决定性作用.由于VCM的几何设计参数对性能提升存在相互矛盾,需要在允许的参数空间内寻找一组最优的参数,往往需要设计者试凑多次.在介绍VCM原理和结构的基础上,分析了各设计参数对性能的影响.定义了针对DDV应用需求的VCM优化目标函数,应用变惯性权值和带收敛因子的改进粒子群优化(PSO, Particle Swarm Optimization)算法在设计约束的多维参数空间内进行VCM优化,得到满足设计约束的最优设计参数,表明PSO算法在类似应用中具有较强工程应用价值.

自适应OFDM采样频偏估计算法

孙宇明, 张彦仲, 邵定蓉, 李署坚

2011, 37(8): 1001-1005.

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修正了基于数据判决的采样频偏估计公式,提出一种自适应采样频偏估计算法,利用离散导频估计频偏变化,从而得到参与估计的数据符号间隔,并且同时使用信道估计结果和接收数据对采样频率偏差进行估计,达到提高估计精度的目的.仿真表明,在高斯白噪声信道下,新算法估计精度比基于数据判决算法和基于离散导频算法高3 dB左右;在多径信道下,新算法的估计精度比其他两种算法提高5 dB以上.实验结果表明,该算法的星座收敛速度快,提高了接收机性能.

气动执行器的全生命周期成本分析

张业明, 蔡茂林

2011, 37(8): 1006-1010.

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分析了气动执行器的能耗特点,结合空气消耗量和比能量概念,提出了一种气动执行器的能耗计算方法.为解决公用气动设备的购置成本划分问题,提出了一种用气设备成本均分法.结合生命周期成本的概念,建立了气动执行器基于用户的全生命周期成本模型(LCCBOU,Life-Cycle Costing Based On Users),进行了实例验证.该模型不仅适用于气动执行器的全生命周期成本分析,也适用于其它用气设备的成本分析.结果表明:用气设备成本均分法实现了气动系统成本的合理划分;气动执行器的LCCBOU模型通过了实例验证,并发现通过空压机的实时监控和气动系统的泄漏测量,LCCBOU模型结果能够做到更精确.

可重构柔性多点模具蒙皮拉形模面补偿算法

王丽丽, 李东升, 李小强, 罗红宇

2011, 37(8): 1011-1016,1020.

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摘要:
针对单曲形蒙皮零件,建立了有限元数值模拟的离散模型和等效模型,通过对成形计算时间、垫层变形量和成形零件外形的比较,验证了等效模型的高效性和可靠性.为了消除垫层变形和板料回弹对成形精度的影响,采用有限元等效模型技术,基于位移调整法,提出了先进行板料回弹补偿再进行垫层变形补偿的模面补偿算法,并应用该算法分别对单曲形和双曲形蒙皮零件进行了拉形模面补偿分析.在得到的补偿模面上进行了单曲形和双曲形蒙皮零件成形试验,采用非接触光学测量系统进行数字化测量后,发现成形零件外形误差均在允许范围(±0.5 mm)之内,满足精度要求,验证了该模面补偿算法的有效性.

基于加速磨损试验的止推轴承磨损寿命预测

周玉辉, 康锐, 苏荔, 吴建军

2011, 37(8): 1016-1020.

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摘要:
为进行耐磨性良好的止推轴承寿命验证,结合退化模型进行了基于加速磨损试验的止推轴承寿命预测研究,建立了止推轴承加速磨损寿命方程.在失效机理分析基础上,以加载力为加速应力开展了7 200 h的止推轴承加速磨损试验,得到反映耐磨性能下降的体积磨损量变化数据,预测得到置信度90%时,止推轴承在使用条件下运行10 a的可靠度为0.94.该项研究表明,对磨损进程极为缓慢的高可靠性、长寿命止推轴承,利用加速磨损试验数据预测其寿命,能节约试验时间和费用.

适用于单频GPS用户的周跳探测方法

高书亮, 黄智刚, 李锐

2011, 37(8): 1021-1025.

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摘要:
针对单频GPS(Global Position System)用户的载波相位周跳探测问题,在传统的载波相位和伪距组合方法的基础上提出了一种新的周跳探测方法.该方法将载波相位和码伪距的组合观测量在历元间做差形成差分序列,以此构造实时的周跳探测量,由于该探测量易受观测噪声的影响,因此使用仰角指数模型作为经验模型对于测距噪声进行估计,基于假设检验的方法,通过对该探测量是否超过相应的检测门限来判断是否存在周跳.在实测的GPS观测数据基础上,对这一方法进行了验证,结果表明:相对于传统的周跳探测方法,该方法可以更加及时、准确地发现较小的周跳,对于单频的GPS用户具有较好的适应性.

软件雷达基于改进CORDIC算法的坐标变换

夏栋, 察豪, 周沫, 黄瑛

2011, 37(8): 1026-1029.

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摘要:
利用通用计算机软件化实现雷达数据处理和终端显示已成为一种趋势,而从极坐标到直角坐标的快速变换是保证雷达实时显示的前提.在雷达显示过程中角度数据随时间均匀变化,每增加同一个微小的值可得到下一个角度.通过合理选择角度增量使其在满足雷达显示的前提下同时符合CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法的要求,并据此对CORDIC算法进行了改进.改进后的CORDIC算法只需1次偏转就可计算出需要的三角函数值,提高了从极坐标变换到直角坐标的速度.经过分析,改进后的算法使得坐标变换的速度比原来提高了15倍.

基于自相关及相位差法的高精度频率估计算法

杨德钊, 宋凝芳, 林志立, 欧攀

2011, 37(8): 1030-1033,1043.

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摘要:
为提高高斯白噪声背景中正弦信号的频率估计精度,对基于自相关运算的频率估计算法的相关长度m进行了推导,得到了m的优化值与信噪比的关系式.当信噪比较高时,m的最优值为N/3(N为信号采样点数);信噪比较低时,m的最优值为N/2.通过对自相关法及分段FFT(Fast Fourier Transforms)相位差法特性的分析,提出了一种性能更优的频率估计综合算法. Monte Carlo仿真实验表明:新算法吸收了两种算法的优点,克服了其不足,在更大的信噪比范围内具有较高的频率估计精度,且计算量也较小.

实时仿真中的逼真虚拟地球实现

王成, 戴树岭

2011, 37(8): 1034-1038.

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摘要:
针对虚拟现实中真实感不强的问题,提出了一种具有高精度地表纹理的虚拟地球实现方法,构建了一个地表纹理像素精度高达21 600像素×10 800像素、地球表面轮廓凹凸效果和大气层光晕效果的虚拟地球.采用几何计算来构建地球形状模型,将地球按经纬度分成128块,分别计算每块区域顶点坐标、法向量、纹理坐标;采用混合纹理技术对地表纹理、云层纹理及云层法向量图进行3层纹理混合实现地球表面的云层和轮廓凹凸效果;采用实时移动与放缩带大气层纹理的正方形面板来实现大气光晕效果;采用可见性判断和纹理精度管理的方法,实时判断地球表面区域的可见性、选择不同精度纹理粘贴、剔除不可见区域,减少绘制开销.实验显示,该方法在加载1.02 GB纹理像素的情况下,达到了45帧/s的帧速率.

装备修复性维修工作项目确定方法

毛一岚, 康锐, 马麟, 徐哲涵

2011, 37(8): 1039-1043.

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摘要:
针对研制阶段保障性分析完整性的需求,基于语义相似度计算技术、FMECA(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis)信息特点和对单元级、系统级相似性的度量要素研究,提出了装备修复性维修工作项目确定方法.该方法解决了故障模式层次不准确时单元相似度计算结果失真的问题,通过对单元相似度到系统相似度的定量拟合,完成对系统相似性的度量,并依据其结果辅助确定修复性维修工作项目;该方法支持计算机辅助,在提高效率的同时,一定程度上消除了由分析人员带来的结果差异性,规范了修复性维修工作项目确定流程.最后通过实例说明方法的可操作性.

高压脉冲电子束的控制及其对焊缝形貌影响

许海鹰, 余伟, 左从进

2011, 37(8): 1044-1048.

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摘要:
研制出一台150 kV/30 kW高压脉冲电子束焊机,介绍了控制脉冲束流产生的偏压脉冲电源拓扑电路结构及脉冲束流频率、占空比、束流基值、束流峰值的调节控制技术.在0~1 kHz频率范围内,该电源可输出最大幅值200 mA的脉冲电子束束流,且工艺参数调节方便.分别采用脉冲束流与连续束流电子束工艺焊接了1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,对不同工艺的焊缝形貌进行了对比分析.与连续束流电子束焊接工艺相比,采用脉冲电子束焊接工艺的焊缝熔深增加,深宽比增大;对于脉冲电子束焊接工艺,占空比给定时,随着束流频率增加,焊接缺陷减少.试验结果表明:脉冲束流频率、占空比是影响焊缝成形的关键工艺参数;脉冲调制方式控制偏压是获得高压脉冲电子束的理想控制技术之一.