针对涉及动、静叶干涉的叶片气动弹性振动问题,基于Volterra级数方法,建立了尾流激励的叶片气动力降阶模型,分析了稳态条件和识别信号幅值对气动力降阶模型辨识精度的影响。结果表明:所建立的气动力降阶模型能够正确表征尾流对叶片的激励作用,不同流场稳态条件和阶跃信号幅值下气动力降阶模型的结果基本相同。

介绍了基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,用于上游尾流激励下叶片气动载荷的快速计算。用一个叶片的算例验证了该降阶模型,通过不同流速的算例对比发现:该降阶模型可以快速准确地描述尾流激励引起的叶片气动力,流速或流场结构不是影响该气动力降阶模型精度的关键,而上游尾流扰动是否满足小扰动假设是保证该气动力降阶模型精确的关键。

为辨识三角翼俯仰振荡的气动力与力矩,利用单输入Volterra级数,提出了一种非定常气动力降阶方法。采用小波变换压缩模型的辨识参数个数,在两种平均迎角下,采用降阶方法预测3°与5°幅值三角翼正弦振荡的升力与俯仰力矩系数,研究了一阶、二阶Volterra核对气动响应的线性与非线性分量在时域和频域内的辨识效果。结果表明随着平均迎角的增加,三角翼俯仰振荡的气动力及力矩响应的线性与非线性分量均明显增大。

采用优化方法识别气动力降阶模型的核函数,其基本思想是:为气动力降阶模型的每一个核函数构造一个拟合曲线,优化拟合曲线的参数,使气动力降阶模型的气动力输出和CFD或试验结果一致。二维叶片气动力降阶模型的算例和结果表明:识别得到的核函数与用阶跃方法识别的结果完全一致。

气动力降阶模型是研究叶片气动弹性振动快速高效的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方面,没有涉及更为常见的上游尾流激励的叶片振动问题。本文提出基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,为尾流激励下叶片振动和动静叶干涉振动研究提供了新的思路。采用行波法简化尾流的参数个数,用阶跃信号法识别降阶模型的核函数。二维叶片的算例结果表明,本文方法可以较准确地描述尾流激励引起的叶片气动力振荡,而且计算效率极高。

为了解决航空发动机流道内上下游干涉带来的计算量大的问题,提出了一种边界替代降阶模型方法。该方法辨识出研究流域与相邻的上下游流域交界面的气动力降阶模型,并耦合到该研究流域仿真模型的交界面上,用以表征上下游对该流域的影响,由此将多流域计算转化为单流域计算,同时又考虑了上下游的影响。采用一阶Volterra级数降阶模型实现了该方法。结果表明,采用本文方法和所有流域都采用CFD得到的压力和速度一致;本文方法所用的网格更少,可以加速收敛和提高计算速度。

针对滚动轴承内圈不同损伤程度的特征提取问题,提出一种基于Volterra核函数理论和双谱分析相结合的故障特征定量提取方法。该方法利用系统输入输出振动信号确定Volterra模型;通过改进的多脉冲激励法对模型的Volterra核函数进行求解,并利用广义频率响应函数（GFRF）进行模型辨识;利用双谱及其切片谱图手段,分离并且量化提取二阶核函数中由于相位耦合所隐含的故障程度特征信息。利用滚动轴承试验台采集数据,对此分析方法进行实验验证,并与包络谱分析进行了对比。结果表明：在无明显冲击振动的情况下,利用双谱切片方法可以直观地对Volterra二阶核函数进行量化表述,并且能够有效地将正常轴承和不同损伤程度的内圈故障轴承进行区分。

鉴于目前主流齿轮裂纹故障检测方法所存在的局限性(即仅利用系统响应作为研究对象,很少考虑输入对于故障特征提取的作用),并考虑到其作为一种典型非线性系统所蕴含的动态特性,将Volterra级数理论应用于不同状态齿轮啮合传动系统,以充分发挥Volterra级数能够综合利用系统输入、输出数据进行系统非线性特性描述的优势;同时考虑到QPSO算法较高的全局搜索能力,采用该算法对齿轮啮合传动系统Volterra模型进行了时域核辨识。仿真实验结果表明,高阶时域核对于齿轮裂纹故障所引起的系统非线性特性变化非常敏感,可以有效地表征并区分出不同状态下齿轮啮合传动系统的非线性动态特性,达到了预期目的。

二次调节流量耦联系统为非线性系统，在Volterra级数描述该系统的基础上，通过SISO多项式类非线性系统的GFRF递推算式获得二次调节流量耦联系统的广义频率响应函数GFRF（generalized frequency response function）．基于系统的GFRE在频域内应用非线性控制理论为系统设计了镇定控制器和非线性H∞控制器，不仅使系统稳定，而且能达到无超调、无稳态误差，此外，在白噪声条件下证明该控制器比线性控制器抗干扰性强．