===【2021-2022】年度===

项目名称：基于“彩虹”谐振机理的低噪声传动轴

项目周期：2021年9月-2022年7月

前序项目：基于声子晶体技术的低噪声传动轴（2020-2021）

项目状态：正在进行

团队成员：王婧，金绒绒，郝伟烨

指导教师：范雨，吴亚光

协助指导：李安略（在读博士生）

获奖情况：北航大创项目，动力杯二等奖，冯如杯三等奖

项目简介：“彩虹”谐振机理是一种可以阻碍和衰减结构中弹性导波的新力学理论。它是对声子晶体技术完美周期结构的重要改进，由多个参数接近的、周期性布置的谐振子构成。其主要原理是：（1）单个谐振子可反射某个较窄频带的弹性波；（2）多个谐振频率接近且周期性分布的振子相互作用，可实现更宽的隔振频带。在本项目中，我们将这一新颖的力学理论用于隔绝传动轴上扭转振动造成的扰动，形成了一种新技术构想，其具有不损失轴系静刚度、隔振效果对边界条件不敏感、隔振频带宽等优势，在提高舰艇的声隐身性等方面具有较大的应用潜力。在项目中，我们以一根均匀轴的扭转振动为具体目标，开展了可调谐扭转振子设计、隔振效果数值分析、隔振效果试验验证与对比等方面的工作，最终制作了基于“彩虹”谐振机理的低噪声传动轴原理样机。在宽度近100 Hz的设计频段，获得了高达-30dB隔振效果，相当于在宽达±3000 rpm的转速范围内，将输出端的响应幅值缩减到输入端激励幅值的近3.2%。我们还将其与声子晶体轴进行了试验对比，以说明采用“彩虹”谐振机理所带来的性能收益。

项目名称：可变形风扇叶片的作动方案设计方法

项目周期：2021年9月-2022年7月

前序项目：基于压电材料布局优化的可变形风扇叶片研究验证（2020-2021）

项目状态：正在进行

团队成员：周泽西，车竞羽，王晨光，陈涛

指导教师：范雨，潘天宇

协助指导：王文君（在读博士生）

获奖情况：北京市大创项目，动力杯三等奖

项目简介：可变形风扇叶片是实现变循环航空发动机的关键技术之一。本文探索了用压电纤维复合材料对风扇叶片进行作动的可变形风扇叶片实现构想。为了实现这一技术构想，首先需要准确地建立含压电纤维复合材料的风扇叶片机电耦合模型，在设计阶段节省大量的实验资源和人力成本。其次，需要利用这一模型对压电材料的驱动效率进行优化，即充分用给定质量的压电材料，产生尽可能大的变形量。本文开展了理论、实验与数值研究，对上述两个问题进行了回答，建立了可变形风扇叶片的作动方案设计方法。具体地，基于实验数据对MFC的线性本构模型进行了识别，并通过对叶片简化模型的参数进行了校正，建立精确度较高的等效压电模型。建立了一种只需进行一次静力分析的压电材料布置位置确定方法。最终，给出了使跨声速叶片产生扭转和弯曲变形所对应的压电片布置方案。

项目名称：同步开关压电阻尼对风洞试验支杆结构的振动抑制

项目周期：2021年9月-2022年7月

项目状态：正在进行

团队成员：樊嘉森，李林昕，徐亿晗，刘胜寒，李世甲

指导教师：范雨，吴亚光

协助指导：胡誉（在读博士生）

获奖情况：动力杯三等奖

项目简介：风洞试验是航空飞行器研制工作中测试飞行器气动性能、降低飞行器研制风险和成本的重要手段之一。在风洞试验中，飞行器-支杆结构面对气体来流会产生卡门涡街现象，在结构尾流区域两侧会周期性交替地发生旋涡脱落，使结构涡致振动，影响试验数据质量，威胁试验模型和风洞的安全。关于风洞试验中模型的减振一直是国内外风洞运行机构密切关注的研究改进方向。本研究采用电感型同步开关压电阻尼（Synchronized Switch Damping on Inductor: SSDI）技术，实现对支杆结构的半被动振动抑制，从而提高风洞试验的准确性和安全性。研究在仿真与试验两个方面展开。在数值仿真上，建立了压电材料与支杆结构的有限元模型，开展了模态与稳态响应分析，揭示支杆结构的动力学特性，基于此优化支杆结构参数，并为SSDI的参数设置提供理论依据。在试验研究上，搭建了具有蜂窝式整流装置的微型低速风洞，成功激起了缩比模拟飞行器-支杆结构的大幅振动；在此基础上，开展了SSDI对试验件流致振动的减振试验。

===【2020-2021】年度===

项目名称：基于压电材料布局优化的可变形风扇叶片研究验证

项目周期：2020年9月-2021年7月

项目状态：已结题

团队成员：姜国河，罗一鸣，周泽西，劳林健

指导教师：范雨

协助指导：刘鑫（在读博士生）

获奖情况：冯如杯二等奖，全国挑战杯“黑科技“赛道“行星级”奖项，全国节能减排三等奖，动力杯二等奖，冯如杯节能减排三等奖

项目简介：降低航空发动机耗油率是民航运输领域节能减排工作的重要一环。风扇作为涡扇发动机的关键结构件，其气动性能优良与否决定着航空发动机能否高效率工作，而叶片叶型又是决定风扇性能的最重要参数之一，因此保证叶片形状始终接近或者符合设计要求对于减小发动机整机的耗油率有总要作用。本项目拟通过压电材料作动复合材料风扇叶片，使其在非设计工况下具有更高的气动效率从而降低航空发动机的耗油率。具体地，叶片及压电材料有限元建模→力学静变形分析→变形后叶片流场数值模拟→实验验证 。在研究过程中，阐明了压电材料在复材风扇叶片上的最佳作动位置，预估了变形后风扇叶片对气动效率和耗油率的改善，最终加工制作了原理样机。主要技术指标为：MFC面积1568mm2，约占叶片总面积12.2%，仿真结果显示叶片最大变形量达0.868mm，效率提升0.5%，航空发动机耗油率将降低1%。目前中国航空业航空煤油年耗3500万吨，价格按每吨3000元计算，耗油率降低1%，非设计工况占总运行时间10%，保守估计可带来1.05亿元经济效益，减少112万吨二氧化碳排放。

项目名称：基于声子晶体技术的低噪声传动轴

项目周期：2020年9月-2021年7月

项目状态：已结题

团队成员：沈天宝，汪相宇，候星楷凌，王婧

指导教师：范雨

协助指导：李安略（在读博士生）

获奖情况：冯如杯三等奖，全国节能减排三等奖，动力杯三等奖

项目简介：随着海洋权益和海洋资源在国家战略中地位不断地提高，舰艇尤其是潜艇对于我军的战略意义愈发重要。隐身性能是潜艇发挥其隐蔽性强、能够出奇制胜的关键，传动轴系的振动会产生水下声辐射，破坏潜艇声隐身性能。本项目拟研制的传动轴，基于声子晶体局域共振带隙机理，通过反射或衰减轴系中的弹性波，有效抑制目标频段内扭转振动在轴系上的传播。该技术不同于传统隔振装置的设计思路，具有无需损失轴系静刚度、隔振效果对边界条件不敏感，因而无需精确的了解整个轴系的动力学特性，可以使其设计相对独立于轴系的设计、适应性强等优点，为传动轴系抑制振动的传递提供了一种新的思路和技术途径，具有极大的应用潜力。