DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 致密储层作为一种重要的非常规油气资源，近些年来在国内外越来越多地受到了重视 [ 1 ] ，也逐渐成为我国现阶段油气资源战略中最现实、最有利的区域。但由于致密储层本身所具有的自然属性，经过分段多簇大规模的体积改造后，尽管可以形成较为复杂的裂缝网络系统 [ 2 ] ，现阶段仍然面临着产量低、递减快、采收率低等问题，亟待解决。 渗吸采油作为裂缝性油藏的重要采油原理是在20世纪50年代的德克萨斯州普拉柏雷油田的砂岩粉砂岩裂缝性油田被首次发现的 [ 3 ] 。国内外油田的开发实践表明，对于水湿的裂缝性油藏，开发过程中充分发挥毛管力的渗吸作用可在一定程度上提高原油采收率 [ 4 ] 。而对于致密砂岩储层，在体积压裂造成复杂裂缝网络之后，是否可以通过注入压裂液的渗吸作用提高原油产量，本文将表面活性剂复配至压裂液中，进行了表面活性剂的带压渗吸实验和模拟研究。
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user: 2. 带压渗吸实验模拟焖井过程 2.1. 实验原理 压裂停泵及焖井过程中，井筒内压力远大于地层压力，压裂液在压差驱替或毛管渗吸作用下进入储层基质。对于压差占主导的驱替过程，应该考虑如何进一步降低油水界面张力，同时促使油水接触后产生弱乳化效应，提高基质原油的驱替效率；而对于毛细管压力主导的渗吸过程，则应同时兼顾毛细管压力以及相对渗透率两方面，高毛细管压力可以提高自发渗吸速率，但对应的高界面张力会导致相对渗透率降低，进而抑制渗吸驱油效果。由于不同的驱油机理对工艺设计以及驱油用添加剂的需求不同，因此设计了实验来模拟润湿相在驱替压差和毛细管压力共同作用下的渗吸置换过程(图1)。 图1. 压裂焖井中的驱替和渗吸现象(大孔隙内为润湿相，小孔隙内为原油) 2.2. 实验材料 选用新疆油田某致密油区块岩心，其空气渗透率为0.3~1 mD，孔隙度为6%~12%，岩心直径2.5 cm，长度2.6 cm，原油为该区块采出原油。所用压裂液在26℃下的表面张力为26~27 mN/m，界面张力为0.02~0.05 mN/m。 2.3. 实验步骤 实验步骤如下：①岩心烘干并称重；②抽真空，饱和该区块地层水(矿化度5500 mg/L，黏度0.82 mPa∙s)，建立100%含水饱和度的岩心，称湿重；③使用矿场原油，对该岩心进行油驱，建立束缚水状态；④用树脂胶将岩心三面密封，只留裂缝壁面单面开启；⑤将岩样置于不同液体中，施加驱替压差Δp 1 和围压Δp 2 ，不断记录岩心重量，计算渗吸采收率。 (1) 式中：R为渗吸采收率，%；∆m为岩样质量增量，g；ρ w 为压裂液密度，g/cm 3 ；ρ o 为原油密度，g/cm 3 ；V o 为饱和油的体积，cm 3 。 2.4. 实验方法 归一化是指对时间和渗吸采收率进行无量纲处理，将不同条件下的实验结果放在同一尺度下比较。为进行归一化处理，许多学者 [ 5 ] - [ 10 ] 创立并发展了多种无量纲化处理方法(表1)。 Table 1 The method of dimensionless tim 方法 无量纲时间 Mattax和Kyte [ 5 ] (1962) Gupta和Civan [ 6 ] (1994) Ma等 [ 7 ] (1997) Zhou等 [ 8 ] (2002) Li和Horne [ 9 ] (2006) Mason等 [ 10 ] (2010) 表1. 无量纲时间方法 注：t D 为无量纲时间，1；t为渗吸时间，s；K为岩心渗透率，mD；f为岩心孔隙度，1；μ w 和μ o 分别为润湿相和原油黏度，mPa∙s；σ为油水界面张力，mN/m；L c 为岩心特征长度，cm; θ为接触角，(˚)； 和 分别为渗吸前缘饱和度下水相和油相的相对渗透率，1； 为渗吸前缘饱和度下毛管压力，100 kPa。 但是，以上无量纲化的方法，均由常压下的渗吸实验获得，因此也仅针对于自发渗吸(spontaneous imbibition)。对于带压渗吸(forced displacement & imbibition)的无量纲归一化方法，笔者在Ma等 [ 7 ] 的基础上，加入驱替项Δp，进行带压渗吸实验结果的无量纲化。 (2) (3) 式中：p c 为渗吸毛细管压力，100 kPa；Δp为驱替压差，100 kPa；V b 为岩心体积，cm 3 ；A i 为i方向的渗吸面积，cm 2 ；l Ai 为渗吸界面到岩心中央的长度，cm。 通过无量纲处理(图2)可以看出，采用式(2)、式(3)，可将不同岩心、不同液体条件的带压渗吸实验结果进行较好的归一化。
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user: 3. 孔隙尺度渗吸过程的模拟 3.1. 模型假设 孔隙尺度流动模型以逾渗理论为基础 [ 11 ] [ 12 ] ，用来研究复杂孔隙结构和连通性多孔介质的内部流动。 图2. 无量纲带压渗吸结果 建立“孔隙尺度+矿场尺度”的多尺度综合模拟方法模拟考虑渗吸作用的致密油藏体积改造压后焖井以及返排生产过程。考虑致密储层特征，建立基于CT扫描的孔隙尺度网络模型，调整孔隙尺度模型微观参数进行采收率的拟合，分别获得渗吸、驱替状态下的相对渗透率曲线和毛细管压力曲线；然后，以相对渗透率曲线和毛细管压力曲线为桥梁，建立矿场尺度模型，并分别划分人工主裂缝、二级缝网、基质、侵入区等，从油藏尺度模拟矿场流体的实际油水流动。 3.2. 模型建立 假设真实岩心的孔喉截面形状分为三角形、正方形和圆形3种，采用这3种几何形状来描述岩心的真实孔隙空间。 (4) 式中：G为形状因子，1；S为几何形状截面面积，m 2 ；P为几何形状截面周长，m。 形状因子：圆形为1/4π，正方形为1/16，三角形介于0~ 之间，是变化值。因此，要对三角形进行特别描述：假设三角形半角分别为β 1 ，β 2 ，β 3 ，且β 3 为最大角，则三角形的形状因子可具体表述为： (5) 对于孔喉的分布，采用截断威布尔分布来表示，则孔道半径r p 和喉道半径r可以分别用式(6)和式(7)表示。 (6) (7) 式中：r p 为孔道半径，m；α为孔喉比，1；n c 为配位数，1；r，r max ，r min 分别为喉道半径、最大喉道半径、最小喉道半径，m；δ，γ分别为特征参数，1。 3.3. 模型计算 在模型中加入两相流体，在存在驱替压力和无驱替压力情况下，分别进行计算。其中，饱和度、渗透率、相对渗透率的计算方法如下。 1) 饱和度计算 统计某一时刻每一个孔喉单元的含水量和含油量，叠加之后即可获得整个模型的含水饱和度： (8) 式中：n为模型中孔喉总数，1；V i w 为第i个孔喉内水的体积，cm 3 ；V i 为第i个孔喉的总体积，cm 3 。 2) 相对渗透率计算 某一相的相对渗透率可以由两相流动时的该相流量与单相流动时该相流量相除得到： (9) 式中：K r 为某一单相的相对渗透率，1；q m 为多相流动时的流体流量，cm 3 /s；q s 为单相流动时的流体流量，cm 3 /s。 最终，通过孔隙网络模型进行渗吸采收率的拟合，校正模型，并计算渗吸和驱替的毛细管压力曲线(图3)和相对渗透率曲线(图4)。 图3. 驱替和渗吸过程毛细管压力曲线 图4. 渗吸和驱替相对渗透率曲线
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user: 4. 矿场尺度模拟渗吸、驱替过程 4.1. 实例分析 在矿场尺度，选取新疆油田某区块进行渗吸和驱替的模拟。该井目的层位为二叠系下乌尔禾组，油藏埋深为3850 m，油层厚度为14.5 m，原始含油饱和度为41.2%，平均孔隙度为9.29%，基质渗透率为2 mD，为低孔、低渗致密储层。 首先，根据微地震检测数据，计算体积压裂改造区(SRV)的大小。裂缝方位为北偏东103˚，SRV西翼长71 m，东翼长122 m，SRV宽度为36 m，SRV高度为28 m，SRV体积为193 m × 36 m × 28 m = 0.19 × 10 6 m 3 。 其次，选用双重介质模型，基质层采用渗吸的相对渗透率和毛细管压力曲线，裂缝层采用驱替的相对渗透率和毛细管压力曲线(图5(a))。 第三，对基质层的SRV区进行对数网格步长的缝网加密(图5(b))。对数步长的裂缝加密为非等间距方式，离裂缝越近，网格越密，这样可以保证相邻网格的压力降更符合实际油藏情况 [ 13 ] 。 4.2. 结果分析 表面活性剂的加入即可以通过流体界面的吸附改变油水界面张力，又可通过液固界面吸附改变岩石润湿角和润湿性，进而改变毛细管力的大小和方向。模拟结果显示，压裂后SRV区压力上升明显，焖井时压力扩散降低，并在生产过程中形成压降漏斗；焖井过程中人工裂缝、侵入区内的含水饱和度迅速降低，而基质内的含水饱和度由于体量的原因上升缓慢；焖井过程主要影响初期产量，长期来看，产量主要取决于储层性质和改造效果。 对于物性较好储层，由于毛细管压力远小于驱替压差，数值模拟过程中通常可忽略毛细管压力作用。但对于致密储层，孔喉结构微小，毛细管压力可达10~30 MPa，在压裂完成后的焖井期间，驱替压差逐渐减弱，毛细管压力则成为此期间流体在储层重新分布的主要动力。然而在渗吸过程中，只有与裂缝壁 图5. 矿场模拟示意图 面接触的基质才能进行油水置换，提高接触面积有利于提高渗吸效果，这就需要在储层改造中，尽可能地根据储层条件提高体积改造的裂缝复杂程度，增加基质与液体的接触面积与接触体积，提高压裂液与地层间的油水置换，最终提高基质原油采出程度。
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user: 5. 结论 1) 针对水湿储层，进行了小尺度岩芯带压渗吸实验以及带压渗吸实验结果的归一化方法研究，带压渗吸实验条件下的采收率比自发渗吸提高10%~15%。 2) 孔隙尺度模型可以对驱替和渗吸过程进行微观尺度的有效模拟，调整孔喉大小、孔喉比、配位数等校正模型，可获得驱替和渗吸的相渗和毛细管压力曲线。 3) 采用“孔隙尺度 + 矿场尺度”多尺度的综合模拟方法可对开采初期的产油产水变化有较好描述。
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user: 摘 要 徐深气田深层砂砾岩开发存在两个难题：一是由于储层横向变化大，储层致密、物性差，开采过程中出现关井压力高、气井产量低、稳产能力差等现象；二是营四段砂砾岩储层直井和水平井压后增产效果不理想，存在砾块碎落堵塞缝口，压裂施工困难，储层难以得到有效改造的问题。通过攻关形成产能突破和长期稳产工艺以及经济效益高的配套技术。开展双分支水平井开发，优化钻具组合和井眼轨迹设计、壁挂式悬挂系统设计，实施完井及裸眼分段压裂工艺，化学及机械暂堵工艺，保证了分支井眼接口密封、井眼重入、分段压裂的要求，成功实现了储层有效动用，实现了气田高效开发。 关键词 :致密气藏，双分支水平井，分段压裂，砂砾岩储层，高效开发 Copyright © 2017 by author， Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 深层砾岩开发现状 采气分公司已在水平气井压裂完井方面取得了一定的认识及成果。从2008年开始，陆续部署了21口水平井。针对深层火山岩，已取得了一定经验与认识，已完成压裂试气的部分气井无阻流量达到100 × 10 4 m 3 /d以上。但是针对砂砾岩储层，已勘探10年以上，一直未有突破。统计10余年不同井型(直井39口 + 水平井5口)营四段砂砾岩储层改造规模，对初期效果和长期稳产能力影响因素进行分析，效果较好的井增大改造规模，压后效果有增加趋势。因此，为了加快致密砂砾岩储层评价动用步伐，尝试采用双分支井完井配套大规模压裂工艺动用深层致密砂砾岩储层，提高单井产量。
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user: 3. 储层改造优化及现场实施效果 目前大庆油田深层致密砂砾岩探明储量一直没有实现有效动用。营四段砂砾岩储层具有3个压裂难点：一是以往营四段砂砾岩储层直井和水平井压后增产效果不理想 [ 2 ] ，常规水平井压裂动用储量范围有限，尚无有效提高产能的开发方式。二是储层致密、横向变化快，层之间垂向距离较近，砂体平面分布较大但与断层较近，压裂设计难度大。三是微孔和粒间窄缝发育，裂缝易发生转向，转角处缝偏窄，加砂难度大 [ 3 ] 。 针对以上3个压裂改造难点，自主攻关形成了致密砂砾岩分支水平井优化设计方法及现场诊断、控制工艺，实现了不同层与储层物性匹配、水平井筒与断层匹配、人工裂缝上下匹配等个性化设计，形成了微孔和粒间缝发育的致密砂砾岩储层现场诊断及控制工艺技术。 通过对致密孔隙和粒间缝洞型砂砾岩大规模体积压裂方案的优化，建立了对应施工参数优化设计方法和现场诊断及控制技术，实现了营四段砂砾岩双分支井“立体式”改造。 1) 结合实钻岩性、物性变化和平面砂体预测，上下分支个性化设计实现“三个匹配”(裂缝分布与砂体匹配、人工裂缝与构造匹配、施工参数与物性匹配)，追求改造体积最大化为目标，合理优化压裂段数和改造规模。经过模拟，下分支最佳压裂段数为15~16段，上分支最佳压裂段数为12~13段。 2) 上下分支均要实现大规模体积压裂，为提高裂缝效率，降低成本，研究了立体交错式布缝的设计方法，防止上下分支裂缝窜通，确保储层得到充分体积改造。 3) 通过对比下分支与砂砾岩水平井的压裂控制砂体范围(表1)，发现芳深6-平1井下分支控制的砂体范围大于常规砂砾岩水平井1.4倍以上。针对下分支致密孔隙型砂砾岩储层，以扩大裂缝接触面积为目标，形成了以高密度布缝、大规模加砂为主的体积压裂设计方法。与该区块以往施工的气井相比，压裂段数增加了4~5倍、单段砂量提高11.1%、单段液量提高73.5%。根据构造和物性优化加砂程序、前置液比例等施工参数，保证压后效果长期有效，大幅度增大了砂体改造范围，实现了储层的有效动用。 Table 1 The comparative data between the lower branch and glutenite horizontal wel 井名 储层厚度/m 水平段长度/m 砂砾岩长度/m 压裂控制砂体范围/(km 2 ∙m) 徐深平32井 80.0 800 786.0 38.40 徐深平34井 45.0 843 782.0 22.76 徐深6-C211 100.0 427 427.0 25.62 芳深6-平1井下分支 107.1 1340 830.8 55.20 表1. 下分支与砂砾岩水平井对比数据 4) 从储层物性上分析，上分支比下分支水平段砂体连续(上下分支有效储层钻遇率分别为87.1%和62%)，同时上分支伽马和密度值相对低，反映上分支物性比下分支好。因此针对上分支粒间缝洞型砂砾岩储层，以有效沟通微孔和粒间缝、实现节点处长期有效支撑为目标，合理优化砂比，提高有效压裂改造体积。上分支采用高前置液比例、低砂比、多段塞加砂模式，实现转角节点处长期有效支撑，实现了上分支的有效压裂改造，无阻流量达到了68.3 × 10 4 m 3 /d (表2)，成功实现了致密砂砾岩大规模立体式改造。 Table 2 The statistics of the scale and effect of fracturing in double branch well 类别 压裂段数 砂量/m 3 实液量/m 3 压后无阻流量/(10 4 m 3 ∙d −1 ) 下分支 15 739.5 9764 37.21 上分支 9 254.0 7000 68.30 合计 24 993.5 16764 105.51 表2. 双分支井压裂规模及效果统计表
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user: 4. 结论及建议 1) 首次成功实施了分支水平井分支井眼接口施工，该工序包括打捞主井眼斜向器、固井管串导入上分支井眼、壁挂式悬挂器坐挂到分支井眼窗口及上分支造斜段井眼固井施工等，整个施工过程涉及下井工具20余种，实现了连续施工，工艺成功率100%。 2) 通过钻井提速配套技术、增产改造技术及有效动用发育多套储层的分支井完井工艺，单分支缩短钻井周期30 d以上，压后试气产量105 × 10 4 m 3 /d，取得了致密砂砾岩储层产量突破。 3) 完井管柱具备三重密封保护，满足股份公司标准要求，能够实现分合采的目的。 4) 通过芳深6-平1井的成功实施，建立了针对发育多套薄差储层致密气藏优选动用的开发模式，为深层致密难采天然气储量的有效动用探索出有效途径。
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user: 摘 要 起升油缸是随快移快装钻机一起设计开发的，专门用来起升下放井架和底座，实现钻机的快移快装理念，是快移快装钻机的重要组成部件。从开发到批量生产投入使用以来，起升油缸发生了多起事故，主要集中在上部油缸头折断这种损坏方式，严重影响了快移快装钻机的正常使用。从起升油缸结构和功用着手，探讨如何改善起升油缸的承载环境，分析油缸头事故原因，提出了相应的预防措施。 关键词 :钻机，井架，底座，起升油缸，损坏，承载环境，原因分析，预防 Copyright © 2017 by authors， Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 现场发现，有一台快移快装BE550钻机用起升油缸下放井架，当下放到三级活塞收缩时，地面产生振动，司钻对侧起升油缸排油口出现少量渗油并停止回缩，司钻侧油缸继续收缩，造成井架向司钻侧倾斜，发生司钻侧起升油缸三级活塞杆头在螺纹根部断裂；此时井架与地面成大约30˚夹角，损坏的油缸靠在井架底座上，脱离铰接支撑点，未支撑井架；另一油缸独立支撑井架，形成井架既不能继续下放也不能起升的危险局面。那么，造成这种快移快装钻机起升油缸事故的原因是什么？又如何预防此类事故？
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user: 2. 起升油缸结构 BE550钻机用起升油缸和BE770钻机一样 [ 1 ] ，目前用的是统一的结构和参数，通称BE钻机起升油缸，采用相同结构的三级活塞结构油缸(图1)，两头均采用销轴铰接。油缸设计的安全系数满足其使用工况要求。针对损坏的油缸头(上部铰接)，在单纯受压工况下经验算其安全系数满足API 4F 规范要求，说明油缸自身设计没有问题，完全满足井架和钻台底座的起升下放。 图1. BE550钻机起升油缸结构示意图
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user: 3. 起升油缸功用 起升油缸具有起升和下放结构件的功用 [ 2 ] 。BE钻机起升油缸用来起升和下放的结构件是井架、钻台底座(图2)。 图2. 井架和钻台底座示意图 一台BE钻机对称安装2个起升油缸，油缸的一端支撑在钻台底座地面基础上，另一端支撑在井架底座上。油缸铰接座与井架和钻台底座铰接座之间有一定的配合间隙，该间隙用来调整起升油缸与结构件的配合。它包括2个方面：一是旋转间隙，因为油缸在起升下放井架和钻台底座时销轴和铰接座之间有相对转动；二是侧面耳座间隙，这个间隙的控制至关重要，最理想的是油缸在上下耳座之间居于中间位置。 一台钻机上有2个井架底座，每个井架底座上有2个铰接点(图3)，不同时与起升油缸相连，下铰接点用来起放钻台底座，上铰接点用来起放井架。下铰接点离钻台面近一些，而上铰接点离钻台面要远一些，起升油缸的设计综合考虑了不同铰接点的安装距、行程和受力情况。整个起升和下放顺序是这样的：井架起升，底座起升，底座下放，井架下放。 图3. 井架底座示意图
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user: 4. 起升油缸事故原因分析 起升油缸能否顺利起升下放井架和钻台底座，在很大程度上取决于起升油缸的承载环境。从理论上讲，起升油缸在上下耳座之间居于中间位置并垂直于地面，且能旋转无卡阻，这无疑是理想的承载环境。起升油缸在满足或接近这种理想的承载环境下工作是不会损坏的。 油缸头断裂说明其承载环境发生了变化。上述BE550钻机起升油缸头断裂事故，从描述来看原因比较多。油缸渗油说明油缸有变形或者密封圈损坏；地面产生振动说明油缸内有空气，油缸窜行导致油缸不同步，不同步导致井架扭转，进一步加剧两个油缸的受力不均。从表面来看，这可能是油缸头断裂的主要原因；但从受力分析来看，还不是根本原因。 通过井架和钻台底座的起升下放全过程运动分析，井架的下放是最危险的。在井架重心随井架绕台面铰接点旋转刚过死点位置时(此时井架与地面成大约44˚夹角)，由于操作和控制的因素，油缸头可能承受来自井架的一个冲击力矩，冲击力为1.6 t。为此，可推算此时油缸头的综合应力。 油缸头弯矩： 式中：M为弯矩，N∙m；F为冲击力，N；L为力臂长度，m；θ为井架与地面夹角，(˚)。 油缸头抗弯模量： 式中：W为抗弯模量，m 3 ；D、R分别为油缸头的直径、半径，m。 油缸头弯曲应力： 油缸头剪切力： 油缸头剪切应力： 油缸头综合应力： 式中：σ W 为弯曲应力，MPa；T为剪切力，N；τ为剪切应力，MPa；σ为综合应力，MPa。 油缸头材料为45号钢，调质要求为HB235~285，实际测量HRB85~87，抗拉强度为562~600 MPa，屈服强度为420~450 MPa。从计算结果来看，油缸头的综合应力远小于屈服强度，说明油缸头强度足够。 下面进一步计算使油缸头发生屈服变形(即屈服强度为420 MPa)时的冲击力F。 油缸头弯矩： 油缸头抗弯模量不变： 根据 得： 计算表明，受到1.6 t的冲击力不足以使油缸头一次损坏，只有达到14.16 t以上的冲击力才能导致油缸头屈服变形。现场对起升油缸结构件进行了仔细检查，发现油缸上下2个铰接点垂直方向错位80 mm有余，而且是一个油缸大一些，另一油缸小一些。经检查，油缸上下2个铰接点垂直方向错位理论值是28 mm。此时，油缸不能自然放入上部井架底座铰接座，必须借助吊车的外力来移动放入。只要油缸安装到井架和钻台底座上，该外力就会形成附加弯矩并作用于油缸和结构件。该外力来源于井架或钻台底座，起升和下放井架时油缸受力要大于钻台底座。 井架自重近50 t，加上井架重心和油缸在井架上铰接点力臂的比例关系，这个力要远大于50 t。该外力会使油缸产生弯曲变形，也就是说油缸是在弯曲变形的恶劣承载环境中完成伸出和缩回全过程的，这不仅会导致油缸密封不严漏油，还会因油缸头在油缸整体中较薄弱导致油缸头损坏。该外力在井架处于垂直工作位置时最小，在井架处于水平位置时最大，所以油缸受力在井架下放过程中是一个由小变大的过程。 同时，井架处于垂直工作位置时，由于结构件的制造加工和装配误差超标，油缸不能垂直受力，此时侧向偏移距离最大；井架接近水平位置时，油缸基本居中，侧向偏移距离最小。在井架与地面成大约30˚夹角时，以上综合因素加上油缸可能不同步的随机控制因素，最终导致起升油缸三级活塞杆头在螺纹根部断裂。
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user: 5. 起升油缸事故预防措施 1) 加强油缸和结构件质量控制。一是按图严格控制加工制造质量，例如油缸的热处理。二是提高装配质量，例如结构件上的起升油缸上下铰接座误差大，油缸不能对中，建议将其设置为质量控制点加以控制。 2) 改变油缸头结构，消除冲击力矩。借鉴BE550II钻机，将BE钻机的油缸连接叉头改为连接耳板 [ 3 ] ，这样可使2个起升油缸同时伸出和缩回，连带取消缓冲油缸，也就取消了缓冲油缸和起升油缸的过渡动作，进而消除了井架重心过死点位置时对起升油缸的冲击力。 图4为BE550II钻机起升油缸示意图，与BE550钻机起升油缸示意图(图1)比较发现，二者几乎完全相同，油缸结构一样，下部铰接方式一样；所不同的是，上部铰接方式由开放叉头改为封闭耳板，与三级活塞杆的连接方式由螺纹连接改为焊接(这在油缸结构上是不难实现的)，井架底座上的连接方式随之作 图4. BE550II钻机起升油缸示意图 相应更改即可。又一个问题是，由此可能造成油缸上部耳板与井架底座上的连接耳座对中和穿销轴的困难，这主要取决于油缸在伸出过程中缸筒之间不允许相对转动或转动角度很小。由用户提供试验用的BE550II钻机起升油缸，使用过程中几乎不相对转动，对中很顺利，说明油缸的加工制造质量很高。如果油缸在伸出过程中相对转动较大，在高空和狭小空间内依靠人力是不能将油缸头校正和对中的。因此，油缸头结构能否改变取决于缸筒之间是否相对转动，也就是说取决于油缸自身的质量。 3) 监测和控制2个起升油缸同步动作。为了很好地监测并控制2个起升油缸的动作同步，可以采用一种仪器，通过对井架和钻台底座的监测，也就是将井架扭转角度控制在一定范围内，从而控制和改善2个油缸的受力基本平衡。
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user: 摘 要 为适应未来军事和商业航天低成本发射需求，世界各航天机构纷纷提出各自的低成本运载火箭设计方案，并采取各种技术措施大幅降低发射成本。对各主要方案和技术进行对比，从美国某型运载火箭各组成部分与其质量和成本估计、猎鹰9R可重复使用运载火箭运载能力损失和总低成本估计两个方面分析了运载火箭成本与性能的关系，并为我国低成本运载火箭研制提出相应发展建议。 关键词 :运载火箭，低成本，运载能力，发展建议 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 太空资源以其独特的特点和优势，在国家的经济和军事等领域起着重要作用。随着卫星技术的发展，微小卫星通过组网能实现以前复杂大卫星的功能，能满足应对突发自然灾害和军事斗争对空间侦察、通信、导航、气象等信息的应急需求，因此微小卫星的快速发射任务急剧增加。但是，目前将航天器送入太空的成本仍然很高。而微小卫星即使采用搭载方式发射，也会因为主卫星发射计划变更、微小卫星入轨特殊要求、搭载发射利润不高等各种原因，往往导致发射推迟，甚至难以列入发射计划。因此，较高的发射成本已成为制约航天技术与应用发展的一个主要因素。 一般来说，新型号运载火箭的设计、研制、试验费用往往高达数亿美元。除此之外，一枚运载火箭的发射成本包括运载器生产费用、运载器发射费用和测控通信费用。近年来，由于商业卫星发射公司的竞争，如美国太空探索公司(SpaceX)的猎鹰9号运载火箭发射报价为5700万美元，使得美国联合发射联盟(ULA)的宇宙神5运载火箭发射报价从1.8亿美元降为大约1.2~1.3亿美元，欧洲的阿里安5运载火箭发射报价降为0.9~1亿美元。此外，俄罗斯的质子号运载火箭发射报价为7000万美元，中国的长征三号乙运载火箭发射报价达6000万美元 [ 1 ] 。这些大、中型火箭的发射周期比较长，动辄数十天或数月，且发射费用仍然很高。即使一些新研制的小型火箭，如美国的飞马座小型运载火箭，每次的发射费用也高达2000万美元，难以满足小卫星的发射需求 [ 2 ] 。尽管中国的发射成本较低，但由于美国针对中国实施卫星发射限制禁令，导致国际卫星发射市场份额受到严重影响，而美、俄、欧目前控制了绝大部分国际卫星发射市场。 据美国航天基金会2015年发布的统计数据，在2010年至2014年间，全球航天业保持每年6%到7%的稳定增长，其经济总量达到3300亿美元，其中约76%来自商业航天领域 [ 3 ] 。近期，美国卫星产业协会也发布了2016年卫星产业年度报告，指出2015年全球卫星产业产值达到2083亿美元，同比增长3% [ 4 ] 。欧洲咨询公司最新发布的《小卫星市场预测》报告显示，航天领域和整个航天生态系统正在发生变革，未来10年预计将发射3600颗小卫星，这些卫星的制造和发射市场预计达到220亿美元，比过去10年增长76% [ 4 ] 。由此可见，尽管全球经济发展低迷，航天业正成为带动全球航天经济发展的引擎。但是，低成本运载火箭仍是航天业发展的瓶颈。 为了降低运载火箭发射成本，打破ULA公司的发射垄断，近十年来，美国通过制定一系列政策法规、商业合同以及人员和技术转让等方式，率先大力鼓励商业航天发展 [ 5 ] 。在美国NASA的支持下，近年来SpaceX公司快速崛起，成为低成本商业航天发射的有力竞争者 [ 1 ] 。此后，欧洲、中国、日本等也积极推动商业航天的发展。近年来，很多航天机构和商业公司大力研究低成本运载火箭 [ 6 ] ，基于可重复使用、新材料、标准化设计、人工智能等技术以及已有成熟技术的集成创新，提出了各种不同的解决方案，有效地推动了航天业的发展。
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user: 3. 运载火箭成本与性能估计 3.1. 运载火箭组成与成本估计 运载火箭主要由箭体结构、发动机、推进剂和气体、伺服机构及阀门管线、控制与遥测等电子电气设备、火工品及其他等组成。一般地，火箭的干质量(除了推进剂和气体之外的质量)越小、发动机比冲越高，运载火箭运载效率越高。推进剂一般占火箭总质量的90%以上，但是总成本较低；箭体结构、发动机、电子电器设备等质量综合虽小，但是总成本很高。 图1给出了美国ULA的“宇宙神401”运载火箭各组成部分成本与质量示意图 [ 13 ] 。第一子级发动机占据一子级总成本的50%以上，一子级箭体结构占据一子级总成本的25%左右，虽然一子级推进剂成本不超过一子级总成本的1%，但一子级推进剂质量占一子级总质量的90%以上；第二子级的火箭结构、发动机、电子电气设备、伺服机构等成本占二子级总成本的85%以上，而二子级推进剂依然占据二子级总质量的绝大部分。此外，一、二子级的箭体结构、发动机、电子电器设备等占据各子级总成本的比例也不同。因此，低成本火箭设计需要重点围绕高成本的系统和部件进行新型设计、高效制造或回收利用。 3.2. 影响运载火箭成本的主要因素 以猎鹰9运载火箭发射任务为例，有学者估计运载火箭成本约占发射任务总成本的53%，发射测控 图1. 宇宙神运载火箭各组成部分成本与质量示意图 费约10%，保险费8%，利润约24%，其他费用约5% [ 15 ] 。因此，运载火箭成本是主要部分，也直接影响了发射测控、保险等相关费用。运载火箭作为一个典型高科技产品，影响其成本的因素很多，包括设计、材料、发动机、电气系统、推进剂、智能化、制造、管理、重复使用等多个方面 [ 6 ] [ 14 ] - [ 19 ] ，表3给出了主要因素及简要解释。 3.3. 可重复使用运载火箭效费估计 既然一次性运载火箭成本高昂，数十年来国际航天界一直追求研制可重复使用运载器。美国航天飞机是一种垂直起飞、水平返回的可重复使用运载器，预期每次发射成本约为3000万美元，是当时火箭发射价格的1/3甚至更低。但是，由于航天飞机返回地面后需要进行大规模的维修，导致实际上每次总发射经费高达4~5亿美元 [ 14 ] ，再加上几次重大的载人航天事故，美国2011年被迫终止了航天飞机的飞行任务。 但是，随着航天技术的发展，在商业航天巨大市场利益的推动下，国际航天界一方面采用各种新技术降低一次性运载火箭的成本，另一方面继续探索发展可重复使用运载火箭。美国SpaceX公司通过技术创新、技术集成、优化设计和生产过程等方式，即降低了一次性火箭的成本，又成功实现了一子级火箭的回收，将可进一步大幅降低火箭成本。既然火箭需要回收并重复使用以降低成本，就需要为火箭增加回收辅助结构和返回所需推进剂等，从而会导致运载火箭运载能力降低。 猎鹰9火箭一子级垂直返回回收有两种方式，一种是“返回原场”(Return to the launch site， RTLS)回收方式，另一种是“不返回原场”(Not return to the launch site， NRTLS)回收方式。“返回原场”回收方式指火箭子级分离后，依靠火箭发动机对其进行减速转弯，最终在原发射场垂直着陆，实现子级无损回收；“不返回原场”回收方式指火箭子级分离后，沿惯性弹道进行飞行，在达到一定高度后，开启火箭主发动机进行减速，最终实现子级定点垂直着陆，“不返回原场”方式不对回收场位置进行严格限制，火箭子级在回收飞行段全程都按零攻角飞行。高朝辉等通过仿真FALCON 9V1.1运载火箭执行200 km近地圆轨道发射任务，针对这两种返回方式开展了运载能力损失研究 [ 20 ] ，主要结果如表4所示。 仿真结果表明，猎鹰9V1.1运载火箭要实现一子级垂直返回原场回收，需要预留15.29%~17.11%的 Table 3 Major factors related to launch vehicles’ cos 影响因素 简要解释 结构设计 先进的系统设计可简化系统结构的复杂性，提高工作可靠性，采用模块化、标准化设计方式可显著降低成本。 先进材料 采用先进复合材料可提高箭体强度、降低箭体固有质量，运载能力的提升意味着降低了成本。 发动机 发动机成本约占运载火箭总成本40%，而且研制发动机周期长， 技术门槛高，需要通过继承、简化、创新等方式降低成本。 电气系统 电气系统也占运载火箭相当一部分成本，且目前还难以回收利用，采用商业化器件或系统可进一步降低成本。 推进剂 推进剂在火箭成本中所占比重不大，但采用新型液氧甲烷推进剂、 新型固体推进剂等能大幅降低工艺要求和燃料存储、维护等多项费用。 人工智能 采用人工智能技术，提高火箭的装配、自检和信息自动化处理能力，大幅节约装配、测试和维护等成本。 制造技术 采用数字化设计、3D打印、流水线生产、全球采购等方式，可显著降低生产制造成本。 管理模式 实行商业化管理，通过集成化、节约化、技术创新、自主研发等方式降低成本。 重复使用 通过部分贵重部件或子级组件的回收、维修和重复使用，大幅降低火箭成本。 人力成本 通过优化人员组成结构和知识技能，精简人员，降低人力成本。 批量生产 通过批量化生产均摊运载火箭的研发成本，进一步降低单箭成本。 表3. 运载火箭成本主要影响因素 Table 4 The comparison of fuel consumption and launch capacity for the first stage flying bac 主要参数 不考虑返回 抬头转弯返回原场 低头转弯返回原场 不返回原场 仿真结果 损失量 仿真结果 损失量 仿真结果 损失量 运载能力 12，490.0 kg 5920.0 kg 52.60% 5400.0kg 56.76% 8880.0 kg 28.90% 上升段推进剂用量 315，875.0 kg 267，577.4% 15.29% 261，818.8% 17.11% 21，548.12 kg 6.82% 表4. 一子级返回推进剂用量及运载能力比较 推进剂量，运载能力损失52.60%~56.76%。相较而言，一子级不返回原场回收时，仅需要预留6.82%的推进剂量，运载能力损失为28.90%，具有较明显的优势。为了弥补运载能力的损失，SpaceX公司在火箭设计上采用了推进剂交叉补偿技术、推进剂总量增加30%等有效措施。 SpaceX公司宣称 [ 21 ] ，猎鹰9火箭一子级成本占整个火箭成本的80%左右，而推进剂成本不到100万美元，一子级回收后维修成本预计300万美元。如果火箭一子级回收并重复利用，除去附加维修费等，回收火箭再次发射成本可降低30%，也就是说，回收火箭的发射成本可进一步降至4000万美元左右，这是SpaceX赢得大量发射合同的最大优势，也是国际上同类型火箭难以企及的目标。 据此推算，除去发射、测控等费用以及发射利润，猎鹰9火箭生产成本约为2500万美元。一子级回收利用后，再次发射可节约成本1700万美元。如果一子级重复使用20次，可节约3.4亿美元。如果二子级也采取回收技术，那么发射成本会进一步降低。SpaceX公司的未来目标是将发射价格降低到500~700万美元，是现有火箭价格的1/8~1/10。但是，这仍有很多难题需要解决。
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user: 4. 低成本运载火箭发展建议 随着技术的不断发展，无论是在商业航天领域还是在军事航天领域，大力发展低成本运载火箭已成为航天业界共识。目前，我国也在积极开展低成本运载火箭的研究。通过总结国外研究经验教训，给出如下发展建议。 (1) 引入航天竞争机制 过去航天业主要由国家统一管理，由于各国政策管制和航天高科技门槛的原因，大型航天企业缺乏竞争，运行机制僵化，官僚主义严重，这些都导致研制和发射费用虚高，甚至出现ULA那样屡次大幅度涨价的闹剧。SpaceX公司在低成本运载火箭上取得的巨大成功，很大程度上归功于NASA的技术转让、政策和资金支持以及良好的商业运作模式 [ 14 ] 。因此，深入开展军民融合，加强商业航天扶持，打破垄断，是降低航天发射成本的主要途径之一。 (2) 加强创新与集成 日本Epsilon火箭采用智能监测技术，大幅减化了操作，降低了发射成本；一些新型锂铝合金、碳纤维材料等新型材料的使用，提高了火箭结构强度的同时降低了结构质量，提高了运载能力；采用3D打印技术制造火箭部件，大大提高了生产加工效率。此外，“猎鹰9”一级火箭的回收技术以着陆支架、姿态控制技术、推进剂交叉供应和高效发动机为亮点。这些技术单项看来与一些航天大国的现有技术相比并没先进到哪儿去，但将它们组合起来的系统却非常优异。这意味着不论火箭技术、卫星技术，还是探测器外星着陆技术，都可以集成在一起，系统更优化、指标更先进，这体现出火箭系统设计的出色能力。因此，加强创新与集成是降低航天发射成本的又一主要途径。 (3) 加强新型发动机研制 火箭发动机是火箭最重要的组成部分，对运载效率起到决定性作用，其成本往往占据火箭总成本一半以上。为降低发射成本，一方面需要降低发动机设计复杂性，提高可靠性和可重复使用性；另一方面加强低成本、变推力的甲烷/液氧发动机研制，提高火箭运载效率。无论对于国家大型企业或商业公司，没有自己过硬的发动机技术，发展将会大大受限。由于火箭发动机研制技术要求高，为规避研制风险，很多国外商业航天公司一般先研制门槛较低的小型火箭发动机，待试验成功后再研制大型发动机。 (4) 发展可重复使用火箭 美国数十年来一直发展低成本运载火箭，尽管经过不懈努力，但一次性运载火箭的成本难以降低，高昂的发射费用阻碍了航天业的快速发展。随着Blue Origin、SpaceX等公司运载火箭回收试验的成功，火箭可回收重复使用技术已成为未来低成本火箭发展趋势。随着冲压发动机的逐步成熟，采用航空发动机、冲压发动机和火箭发动机的可重复使用组合动力飞行器将成为未来低成本天地运输的主要方式。 (5) 转变传统设计理念 传统的航天界积累了丰富的经验和教训，但也往往导致固步自封，以确保安全、可靠发射为由，对新设计、新技术不够积极。借鉴SpaceＸ公司成功经验，需要转变传统设计理念，包括采用火箭重复使用、采用商业级产品、缩短工业链、应用商业化管理模式等，以及加强验证型火箭研制，通过增加火箭规模实现运载能力要求，而非象传统设计方式那样过分追求有效载荷系数等。
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user: 摘 要 综述了目前国内外全流量在线磨粒静电监测技术现状，介绍了全流量在线磨粒静电监测方法。针对目前滑油系统全流量磨粒在线静电监测模拟实验荷电机理之一摩擦荷电原理，指出了摩擦荷电的关键性问题。针对国内目前滑油系统全流量静电监测技术模拟实验方法存在的优缺点，指出了如何自动控制颗粒流速是实验模拟的关键问题，最后，进一步明确了滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法现状。 关键词 :航空发动机，全流量，滑油系统，静电 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 航空发动机是在高温、高压、高速旋转条件下长期反复工作的复杂热力机械。它是飞机的“心脏”，在实际工作过程中，各零部件接触表面会相互摩擦，产生很大的摩擦力，造成发动机的内损耗。同时，由于摩擦而产生的大量热会使零件过热，导致发动机不能正常工作甚至零件的损坏。这时，这就需要滑油在相互接触的零件表面形成一层油膜，使摩擦大大降低。 自上世纪70年代以来，金属基、陶瓷基复合材料、工程陶瓷基材料等具有高比强度和耐高温性能的新型材料被研究开发和应用于现代航空发动机。在不断追求高性能的同时，发动机面临的可靠性、经济性以及维修保障等问题也日益突出。20世纪90年代以后，美国国防部在新的国防采办中将“经济可承受性”作为一项重要指标，即由以安全为主要目标向“保障安全性、兼顾经济性”理念转变，在确保安全与装备性能的前提下，降低寿命周期成本。在此背景下，故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management， PHM)概念在美国等发达国家得到了长足的发展，在提高复杂系统的安全性和经济可承受性方面具有巨大的应用潜力。在国内，PHM也是当前可靠性领域中极其重要的研究热点 [ 1 ] ，特别是航空PHM的各种磨损趋势预测方法的研究，而准确获取系统状态信息是实施PHM的前提条件和基础。某型发动机10年使用情况统计分析表明，发动机空中停车故障的37.5%及导致发动机提前更换的60%以上的原因是由发动机轴承等零部件的磨损类故障引起。磨粒是零部件磨损的直接产物而不是其二次效应，对其进行监测可以反映摩擦副表面磨损状态的严重程度。因此，滑油磨粒监测技术对有效控制发动机磨损类故障风险，保障飞机安全、可靠运行具有重要意义。 本研究通过对航空发动机滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法，荷电机理之一摩擦荷电、全流量静电模拟实验等方面的研究现状的综述与分析，指出摩擦荷电、全流量静电监测模拟实验的关键性问题。针对航空发动机实际磨损情况，对航空发动机全流量静电监测模拟实验方法给出合理性的建议，以供后续的研究者参考与借鉴。
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user: 3. 研究现状分析 滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法最大的优点在于能够实时、在线监测航空发动机主轴承、直升机齿轮箱的零部件衰退的早期征兆预警。虽然近些年关于滑油系统全流量在线磨粒监测技术方法开展了大量研究，主要的技术有基于磁感应原理Metal-SCAN检测器已在F119发动机上安装使用；基于感应式的定量磨粒监测器(Quantitative Debris Monitor， QDM)，已安装用于GE90和GP7200发动机；基于静电油路传感器(Oli-line Sensor， OLS)能监测的最小磨粒尺寸达20 μm，但是，到目前为止，对聚合物材料的磨粒在线监测研究还未见报导。油路磨粒静电监测技术克服了其他磨粒在线监测方法的两个不足：对微细颗粒不敏感；不能对非金属颗粒进行监测。全流量在线磨粒静电监测技术是一种新型的监测技术，该技术基于静电感应原理，对滑油系统主油路中的荷电颗粒经过感应探极所引起感应信号的变化进行监测，从而实现对润滑条件下摩擦副磨损状态的实时监控。由于油路静电监测技术已纳入联合攻击战斗机F-35资助计划，该技术已被美国列为军方保密技术，因此，国内需要开展大量的静电监测研究实验来改善和提高油路静电监测技术以达到世界先进水平。 3.1. 液固两相流荷电装置 目前，滑油系统全流量磨粒在线静电监测模拟实验的关键在于如何使颗粒带电和传感器的优化设计，本文只考虑荷电机理之一摩擦荷电，即当荷电磨粒悬浮在液压油中，油液流动携带荷电磨粒经过传感器探极过程中，荷电磨粒与液压油相界面间自然形成双电层，它们间相对运动发生双电层剪切，由于液压油中基础油是惰性介质，其中添加剂、磨损产生磨粒、氧化物等杂质组成的荷电物种的存在，液压油流过固体表面时，由于流动油液对双电层的剪切作用产生带电现象，使磨粒荷电量发生变化，同时磨粒在流动过程中，磨粒之间、磨粒与管壁之间的碰撞、摩擦、分离引起电荷的转移，导致磨粒累积静电荷。因为在空气中的荷电机理比较单一，当前针对气固两相流系统，颗粒会通过相互摩擦碰撞而荷电的研究已有许多，然而在油液介质中的液固两相流系统的荷电机理因受油介质的影响，它的荷电机理是比较复杂的，影响因素较多而研究也有所限制。D.A.Bograchev分析了管道油流的电化过程，提出管道油流电荷密度的稳态分布 [ 42 ] 。Dariusz定量给出了管道油流稳态电荷密度分布规律，李学文研究了有限长管道油流空间电荷密度的暂态过程 [ 43 ] ，得出无限长管道油流和有限长管道油流的电荷和电势的分布情况。然而，这仅仅是油液在流动过程中自身与管道的荷电过程，至于油液与管道中各种磨损颗粒之间的荷电规律目前还有待进一步深究。 在具体的实验操作中摩擦荷电方法是目前颗粒注入模拟实验中常用的一种简单可行的荷电方法，人工也可以完成操作，如人工搅拌。但是，人工操作的摩擦荷电的误差性较大，如搅拌的过程中，搅拌速度并不容易控制，因此它是摩擦荷电机理中的关键问题，对于荷电量与搅拌速度之间的关系也是值得研究和探讨的方向。目前，一种对磨损颗粒进行全自动荷电的装置亟待开发，杜学华等人已申请了一项一种荷电装置及荷电发电方法 [ 44 ] 的专利，此荷电装置是将外部起电设备所产生的电荷在导体壳体的外表面形成电场，从而驱动电荷在导线中运动以产生电流。但该装置并不能使磨粒直接荷电，后期还需模拟滑油系统油路管道的正常运作环境，对滑油中各种带电磨粒的电荷情况进行归纳总结。 3.2. 润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验装置以及颗粒注入装置 文献 [ 41 ] 中的实验装置如图5所示，装置基于MMW-1A型万能摩擦磨损实验机的销盘摩擦副进行设计和改装而成盘试件(1)通过螺栓安装在旋转盘(10)底部实现旋转运动，球试件(2)通过支撑杆固定在下油槽(5)内由底部弹簧装置向上施加垂直载荷，旋转盘试件(1)和固定球试件(2)构成滑动摩擦副，整个摩擦副由上油槽(4)和下油槽(5)封闭，外接便捷式滑油系统(9)，全流量在线磨粒静电传感器(6)安装在紧靠摩擦副下游的主回路上，摩擦力矩传感器(7)、力传感器(8)分别用于测量摩擦副的摩擦力矩和载荷。润滑油(3)采用航空用液压油L-HM46。 润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验旨在研究航空用轴承材料在航空液压油润滑条件下摩擦磨损监测，采用自制的全流量在线磨粒静电传感器安装在销盘摩擦副下游的便捷式滑油系统主油路上以监测磨粒通过传感器信号，同时监测摩擦力矩信号，该实验比较接近发动机磨损的实际过程，能够监测到磨损状态。但是，在润滑状态下的颗粒流速并不能很好的控制。另外，在滑动摩擦副的模拟实验过程中，颗粒的形状是多种多样的，如扁平状、方形、菱形、也有不规则形状等，因此，建议针对同种材料的相同形状不同颗粒大小混合、同种材料的不同形状等情况分别进行单独颗粒注入实验模拟研究分析，滑动摩擦副的模拟实验是多种单一因素耦合的结果。因此，分别将同种材料不同大小混合、同种材料不同形状等情况分别单独进行颗粒注入实验模拟研究是一个值得探讨研究的方向。 文献 [ 38 ] 介绍的装置实现了颗粒注入实验，如图6，它结构简单、能够监测到颗粒信号，但是该装置注入实验只进行了黄铜、轴承钢球状颗粒注入实验，没有进一步进行其他形状、多种形状混合注入实验。另外，对于颗粒流速没有很好的控制。因此，在颗粒通过传感器监测时，颗粒数量是随机的，这对于监测航空发动机前期磨损状态存在偏差，因为在航空发动机实际磨损过程中，颗粒的状态多种多样，大小、形状也不同。因此，一种微米级荷电颗粒自动控制装置设计及多种类、形状、大小颗粒注入试验研究的必要性显得尤为重要，如何自动控制颗粒数量、流速也是实验模拟继续深入的关键问题。 以上两种装置均为左洪福教授课题组的研究成果，其建立了磨粒形态学分析方法，从理论角度深入定量地揭示出了机械零件的损伤模式、磨损机理与磨粒形态三者之间的内在关系，开辟了发动机磨损状态监测诊断技术，为航空发动机滑油系统的故障预测打开了一个新的通道。 图5. 润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验装置 [ 41 ] 图6. 颗粒注入实验装置 [ 38 ]
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user: 4. 结论与建议 近年来，国内航空发动机滑油系统在线磨粒静电监测技术研究取得了很大进展，进行了不同材料的模拟实验，初步掌握了航空发动机滑油系统全流量磨粒在线静电监测的过程。但是与国外相比，仍然存在很大差距。对在线静电监测模拟实验得到的结论以及提供的建议： 1) 润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验比较接近发动机的实际磨损过程。 2) 滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法的关键在于如何使颗粒带电和传感器优化设计。 3) 设计一种自动控制颗粒数量、流速装置是未来研究及探讨方向，它能更好的观察颗粒对应的电荷量，从而更好的判断航空发动机前期磨损状态。 4) 根据航空发动机的实际磨损过程，同种材料的相同形状不同大小混合、同种材料的不同形状颗粒模拟实验研究也是值得深入以及探讨的方向，以便获得更接近于航空发动机实际磨损状态下的前期预兆。
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user: 摘 要 提高学生学习效果是当前教育改革的重要环节，对学生采用研究型学习方法可促使此教学目的的实施。结合材料专业课程教学研究发现，对学生采用研究性学习方法结合课程的知识点来实施研究型学习方法，同时融合小组讨论和课堂演讲，有利于学生积极参与课堂教学，更有利于学生提高学习效率，综合培养学生的组织、协调的能力；基于研究性学习方法，学生能结合自己的兴趣爱好，将课堂知识与现实生活有机地结合起来，充分促使他们去发现问题、学会分析问题，并提出解决此问题的可行性方法。研究型教学方法可结合其他教学方法在专业课程教育和通识教育教学环节中加以实施。 关键词 :研究型学习方法，知识点，小组讨论，课堂演讲，材料专业 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 研究性学习是指学生在教师指导下，在学习和生活中选择和确定研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的活动 [ 1 ] [ 2 ] 。基本目标是培养学生具有永不满足、追求卓越的态度，培养学生发现问题、提出问题、从而解决问题的能力。以学生从学习生活和社会生活中获得的各种课题或项目设计、作品的设计与制作等为基本的学习载体。基本内容为在提出问题和解决问题的全过程中学习到的科学研究方法、获得的丰富且多方面的体验和获得的科学文化知识。教学形式是在教师指导下，以学生自主采用研究性学习方式开展研究。研究性学习与社会实践、社区服务、劳动技术教育共同构成“综合实践活动”。尽管涉及综合的知识，但它不同于综合课程，而是以科学研究为主的课题研究活动。尽管以问题为载体，但不是接受性的被动学习，而是以研究性学习为主要学习方式的课程。无论是专业课程还是通识课程，对于教学知识点均具有一定的综合性、灵活性、开放性。学生可以根据教学培养目标和自己的未来职业规划(包括毕业去向及兴趣)来选择不同的课程，从而完成一个学期的学习任务。对学生来讲，如何使得学习目的更明确、学习内在动力应当更强劲，这是学生学好各门课程的必要条件。对教学课程实施研究型学习方法的研究与实践，无疑会有效提高教师的教学效果，同时提高学生的学习效率，为他们今后的职业规划奠定基础。自课程《绿色材料与绿色能源》 [ 3 ] 设置以来，我们主要以教师的讲授为主，目前还没有考虑研究型学习方法在此课程中的教学尝试与运用。本项研究主要是为了探究研究型学习方法在教学环节中实施的有效途径及对教学效果的影响规律，并建立相应的电子档案袋 [ 4 ] [ 5 ] 。
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user: 2. 研究方式及步骤 具体实施过程包括，1)将课程内容分成八大部分，在每一部分结束时就列出本章内容的主要知识点(2~5)个；2)以此知识点为研究课题，将学生分成不同的研究小组，每个小组3~6人；3)在各小组中，由他们自己推选一名组长，其他学生为组员；组长负责记录要点，和最后的阐述；每次的研究小组组长必须更换，以保证在整个课程学习中都有一次当组长和演讲的机会；4)在演讲环节，组长及各组员将自己的名字签在一张A4纸上，并写下各要点。一方面可以在演讲时能够调理清晰，另一方面，便于老师掌握各小组的进展状况。这张A4纸最后交回老师手中；5)基于此信息，统计比较各次研究性学习的效果。6)课程的大作业将基于平时的研究内容，随机选择课程论文的题目。由于平时的积极参与，在大作业的撰写过程中就知道如何抓住要点，并突出重点，提出有效的方案与措施。