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期刊信息/Journal information
机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
正式出版
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    电驱动履带车辆转向稳定性控制研究

    侯旭朝马越项昌乐
    233-244页
    查看更多>>摘要：履带车辆在高速转向时有侧滑和失控的风险.电驱动履带车辆能够达到高车速和较小的转向半径,主动轮转矩和转速控制灵活.基于转向动力学建模与特性分析,提出履带车辆转向稳定性控制方法.建立履带车辆转向动力学模型.模型考虑履带与地面间的摩擦与滑动,计算车辆转向动态过程中各履带板受到的作用力.通过数值计算得到车辆转向的相轨迹.分析系统的平衡点和稳定性,为转向控制器设计提供依据.对动力学模型进行简化,并依据简化模型设计履带车辆转向非线性自抗扰控制器(Active disturbance rejection control,ADRC),设计防侧滑控制策略.利用电驱动履带底盘在不同类型地面对提出的控制器进行验证.结果表明,与PID控制相比,提出的自抗扰转向控制方法将转向角速度跟踪的方均根误差降低7.43％,能够在较大转向角速度范围内稳定跟踪转向指令.提出的防侧滑控制方法显著提高了车辆高速转向的稳定性和平稳性.

    履带车辆电驱动转向控制自抗扰控制稳定性

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    多胎内传感器智能轮胎开发平台设计与侧偏试验研究

    陶亮唐钰李元强张大山...
    245-255页
    查看更多>>摘要：轮胎侧偏角的辨识与调控是汽车稳定性控制的关键技术,基于轮胎接地特性来辨识估算轮胎侧偏角是一种新的方法.通过搭建面向胎内多传感器的智能轮胎开发平台,并开展侧偏试验分析基于接地信号的轮胎侧偏特征.首先明确智能轮胎开发平台的功能及设计要求,搭建系统架构并进行硬件选型,其中胎内传感器包括3个三轴加速度计和3个压电薄膜传感器.其次开发了专用轮辋总成和基于美国NI cRIO的数据采集器,软件基于LabVIEW开发并实现了多通道数据同步和大数据流管控等.最后在Flat Trac台架上进行系统的轮胎侧偏试验.分析发现,在侧偏角达到±3°时加速度计(量程500g)均出现超量程现象,其信号频率主要集中在500～1 000 Hz;轮胎中心平面位置加速度计250 Hz内的信号对侧偏角不敏感,但偏离轮胎中心平面其他位置的传感器信号敏感,特别是胎侧位置的径向加速度,其2个尖峰与侧偏角显著相关;轮胎中心平面位置的接地长度与垂直载荷、胎压相关,而与侧偏角无关,但偏离轮胎中心平面其他位置的接地长度对侧偏角敏感,并且垂直载荷越大、胎压越低则影响越明显.开发的智能轮胎开发平台为轮胎接地机理与轮胎侧偏角估算等研究提供了有效手段.

    智能轮胎开发平台集成设计台架试验轮胎侧偏

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    典型公路自行车赛事故场景中头盔损伤防护性能研究

    王方胡盛辉胡林彭柯...
    256-270页
    查看更多>>摘要：在激烈而快速的公路自行车比赛中,各种事故屡见不鲜,给运动员生命安全带来极大威胁.目前,对于公路自行车运动员的头盔性能和头部损伤缺乏深入的研究.所以在采集和归纳公路自行车比赛典型事故形态基础上,采用试验和仿真分析相结合的方法构建公路自行车、骑车人和头盔耦合模型,深入分析和评估典型事故场景中骑车人头部损伤响应和头盔的头部损伤防护性能.结果表明,头盔能对骑车人头部起到明显的损伤防护效果,但部分场景中骑车人仍可能发生严重的头部损伤;不同头盔对骑车人头部损伤防护性能差异明显,且与价格没有直接相关性.头盔对不同体型的骑车人头部损伤防护效果存在显著差异,其中50百分位男性的运动学响应峰值和损伤风险均为最低,5百分位女性的所有损伤准则预测值均为最高,且至少有55％的女性骑车人存在显著的颅骨骨折及严重颅脑损伤风险.本研究考察的事故边界参数(事故速度、摩擦因数和坡度)均对事故中骑车人头部损伤没有显著影响;国际自行车联盟规定在距离爬坡终点五公里处可以不佩戴头盔,本研究建议骑车人在公路自行车比赛中全程佩戴安全头盔.本研究将为公路自行车比赛安全头盔的设计提供参考,也为完善公路赛规则提供数据支撑.

    公路自行车头盔事故场景头部损伤跌落试验数值模型

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    轴流涡轮长叶片级变工况特性研究综述

    黄功瑞朱阳历熊军王星...
    271-290页
    查看更多>>摘要：为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大.相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高.受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,长叶片往往变工况运行,其级内三维流场结构复杂,各项性能恶化,容易导致叶片的安全性及使用寿命下降.为方便学者后续进一步研究长叶片级在变工况运行时的气动、传热与结构强度特点,探索拓宽长叶片级高效、稳定运行范围的方法,梳理了该领域近年来的研究成果.首先介绍长叶片的气动与结构设计特点,再分析与总结变工况时长叶片级的气动特性、传热与强度特性,并简述排气装置对末级长叶片内部流场的影响,最后分析目前仍存在的不足,展望轴流涡轮长叶片级在控制变工况不利影响方面与优化设计方面的未来发展趋势.

    轴流涡轮长叶片级变工况

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    涡流发生器高度对风力机翼段动态失速过程的影响分析

    冯俊鑫赵振宙陈明江瑞芳...
    291-298页
    查看更多>>摘要：以DU91-W2-250翼段为研究对象,基于带转捩的SST k-ω湍流模型,分析涡流发生器(Vortex generator,VG)高度对翼段动态失速的影响规律.从翼段在动态失速时的升阻力系数、边界层速度型的演变规律、分离涡拓扑结构以及VG流向涡的发展等角度,研究h=5、6、7.5、10 mm四种高度的VG对风力机翼段的流动控制效果.研究发现,当VG高度增大,其增升效果明显,最大阻力增加,下俯阶段降阻程度加大.较光滑翼段而言,加VG翼段边界层的流体动能更大,边界层厚度更小.高度越大的VG,流向涡环量越大且受攻角影响程度变小,涡核高度增加,耗散程度越小.总体而言,h=7.5mm的VG在下俯阶段增升降阻作用最明显,边界层流体动能增加程度最大,其流向涡弦向控制范围更广、耗散程度更小,可有效抑制流动分离.

    流动控制涡流发生器DU91-W2-250动态失速

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    基于工业燃机多级轴流压气机特性预测方法研究

    闫巍郑群位景山姜斌...
    299-307页
    查看更多>>摘要：为了预测多级压气机的特性,通过逐级进行三维计算来修正一维计算程序内部的落后角计算模型、效率计算模型及轮缘功计算模型,使得一维计算预测的级特性曲线更加贴合所使用的叶型,降低了三维计算动静交界面传递数据而产生的误差.以此缩放方法来实现压气机特性的更好预测,同时也降低了压气机采用三维计算预测性能所消耗的资源与时间.选取某8级压气机作为计算模型来验证提出的方法.结果表明,相较原模型的一维计算预测,经过缩放修正后的一维预测方法更接近试验结果.在相同压比下,三维计算与试验结果流量相差约1.18％,而缩放修正后的一维计算与试验结果流量偏差降低至0.29％.经过修正后的一维计算对于压气机叶片攻角落后角的预测也更加精准.提出的基于维度缩放修正一维程序方法能够更好地预测多级压气机特性.

    特性预测多级轴流压气机一维计算级叠加法动静交界面

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    高压叶片泵叶片-定子副弹流动压润滑特性研究

    赵二辉邵波乔妙杰权龙...
    308-319页
    查看更多>>摘要：目前高压叶片泵叶片-定子副间的弹流动压润滑特性尚不清楚,叶片-定子副的过早磨损失效己成为制约叶片泵高压化发展的瓶颈.建立叶片-定子副弹流动压润滑数学模型,结合双色光干涉弹流动压润滑试验和高压叶片泵台架试验,研究叶片-定子副间的压强分布特性、弹性变形特性、油膜厚度分布特性和油膜动压承载特性,并给出不同相位处叶片-定子副间的油膜动压承载分布图.结果显示,吸油区叶片-定子副间油膜较薄,最小油膜厚度约为0.45 μm,且宽度方向两端油膜厚度比中部薄约0.01μm,因此,吸油区定子内壁两端边沿区域出现较宽且较严重的磨损.此外,吸油区流体动压也较强,最高局部压强可达1.2 GPa,吸油区油膜动压承担的载荷约占总载荷的14％.通过研究高压叶片泵叶片-定子副间的弹流动压润滑特性,揭示油膜动压承载对叶片-定子副的减阻抗磨机理,为高压叶片泵减阻抗磨优化设计提供理论基础.

    高压叶片泵叶片-定子副弹流润滑油膜承载减阻抗磨

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    水雾和水幕复合喷头红外降温特性研究

    刘银水王振朱森林孙玲...
    320-328页
    查看更多>>摘要：提出采用水雾和水幕复合喷淋技术方案,解决传统水幕喷淋红外隐身中,水幕达到一定厚度难以再通过增加水量提高降温隐身效果的问题.利用水雾颗粒吸收、散射红外波,同时利用水幕降温衰减目标物体红外辐射强度,通过两者的双重作用进一步降低目标的红外特性从而提高隐身性能.通过调节喷头输入压力、流量以及功率参数对两种喷头进行试验分析,探究不同动力参数下复合喷头的红外降温特性以及水雾的增益效应.试验结果表明,随着压力增大,复合喷淋红外降温时长相比单一水幕喷头缩短了 41.6％、39.7％、56.9％;在相同流量下,复合喷头比水幕喷头红外降温时长缩短了 47.1％;在同等功率下,复合喷头比水幕喷头红外降温时长缩短了 30.5％.研究成果为采用水介质的红外降温系统设计提供了新的方向.

    复合喷头水幕水雾红外降温增益

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    基于田口法的比例电磁铁极靴结构优化研究

    杨柳高天雄宋颜和孔祥东...
    329-336页
    查看更多>>摘要：比例电磁铁作为比例阀中最关键的电-机械转换器,其位移-力线性度的优劣直接影响智能液压系统的精度,但是目前现有的比例电磁铁普遍存在位移-力线性度差、比例转换精度低等问题.针对此类问题,以比例电磁铁位移-力线性度为优化目标,结合田口法开展优化设计研究.首先,建立比例电磁铁输出电磁力数学模型,明确位移-力特性与极靴结构参数的映射关系.其次,基于衔铁4个典型位置下(0、d/4、d/2、d,d为衔铁行程长度)不同极靴结构参数的输出电磁力数值解,采用田口法得到所研究比例电磁铁关键结构参数的最优组合.最后,加工比例电磁铁样机,对比优化前后位移-力线性度的方差.结果表明,优化后的比例电磁铁位移-力线性度相比于优化前提升15.56％,验证了仿真模型的正确性和研究方法的可行性.研究成果对智能液压系统用比例电磁铁电磁性能的提升具有重要的指导意义.

    比例电磁铁田口法电磁力结构优化静态特性

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    新型液压回转-机械直线执行器的死区补偿控制

    葛磊倪豪郝云晓赵斌...
    337-347页
    查看更多>>摘要：为解决泵控单出杆液压缸存在的面积不对称以及电动缸功率密度低等问题,提出采用闭式泵控液压马达代替伺服电机驱动滚珠丝杠的新型液压回转-机械直线执行器系统.同时,针对新系统由于泄漏死区所导致的难以实现准确定位的缺陷,设计一种带有负载前馈的变论域模糊PID来对死区进行补偿控制,该补偿方法充分考虑系统的非线性、扰动的不确定性,在原理上不严格依赖于系统的数学模型,能够在死区变化时对控制系统进行自适应在线调整.后在Simulink和SimulationX中建立该系统的联合仿真模型,研究结果表明,与传统的PID控制器相比,所提出的带有负载前馈的变论域模糊PID不仅有效地解决系统的死区补偿问题、显著地提高系统的定位精度,同时改善系统的动态响应特性,并使系统兼具良好的稳定性和抗干扰能力.

    泵控马达滚珠丝杠死区补偿负载前馈变论域模糊PID

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