用于三维机织物预成形变形预测的各向异性超弹性本构模型

随着三维机织物逐渐广泛应用在航空发动机叶片、机匣等复杂曲面结构的制造方面,预测三维碳纤维机织物在曲面结构制造的预成形过程中的复杂变形行为对提升纤维结构的成形质量具有重要意义。基于连续介质力学理论,本文提出一种各向异性超弹性本构模型描述三维机织物在成形过程中由于大变形所引起的各向异性力学变形行为。通过三维机织物的变形试验,建立了应变能密度函数,获取了三维机织物材料参数,并通过偏轴拉伸、半球冲压预成形有限元仿真与试验对比,验证了本文提出的超弹性本构模型的有效性。超弹性本构模型的提出可对三维机织物成形的有限元仿真模型与成形工艺优化设计起指导作用。

航空机载液氢储罐绝热性能及轻量化研究

对航空机载液氢储罐进行绝热结构的绝热性能及轻量化综合研究是提高飞机续航能力的关键解决路径。本文以液氢储量为1450kg的液氢储罐为例,对泡沫/冷屏复合绝热结构(SOFI/VCS)及变密度多层真空夹套绝热结构(VD-MLI真空夹套)进行绝热及轻量化对比研究。当两种绝热结构的绝热性能一致,储罐日蒸发率≤4%时,VD-MLI真空夹套绝热结构重量相较于SOFI/VCS复合绝热结构减轻50%,此时适合采用双胆储罐结构;当储罐日蒸发率增大到6%左右时,两种绝热结构的重量相差较小,SOFI/VCS复合绝热结构仅比VD-MLI真空夹套绝热结构重约50kg;而当储罐的日蒸发率>7%时,SOFI/VCS复合绝热结构在轻量化方面更具优势,此时储罐宜采用单壁结构,且日蒸发率越大,单壁储罐轻量化优势越明显。本文通过探究两种绝热结构绝热性能与重量的对应变化规律,为航空机载液氢储罐绝热结构及轻量化的方案设计提供理论依据,同时为液氢的高效长时间存储技术发展奠定一定的基础。

具有智能蒙皮潜质的磁流变弹性体磁力学特性

变体飞机的难点之一在于变形机翼,而变形机翼的难点之一在于变形蒙皮,其中后者的研究难度长期以来被忽视。以往很多变形翼蒙皮的研究与设计中,一般更加关注基于力学特征的智能材料。本文从变体结构中的变形蒙皮特性与需求出发,简述了变形蒙皮的研究进展,论述了磁流变弹性体(MRE)的概念、材料组成以及功能等内容,以及磁流变弹性体磁力学的相关表征。

变体飞行器的气动与多学科设计需求

变体飞行器可以通过局部或整体变形来改变飞行器的外部形状,实时适应多种任务需求,在多种飞行环境下保持气动性能最优,已经成为21世纪航空航天领域的前沿研究热点。本文首先梳理了变体飞行器的气动与总体设计、结构、控制、噪声、隐身之间的联系,然后针对变体飞行器气动设计面临的任务需求,阐述了增升减阻、稳定性和操纵性、降低气动噪声以及增强飞行器隐身性等气动与多学科设计对不同变形方式的需求,最后对变体飞行器关键技术和未来发展方向进行了展望,为变体飞行器气动与多学科设计的发展提供参考。

柔性变形翼结构设计、建模与分析研究进展

未来飞行器设计将面临空域、速域不断扩大、任务适应性要求不断提高的严峻挑战,变体飞行器可为提高飞行性能、扩大飞行包线提供新思路与新方法。采用柔性蒙皮配合相应的支撑结构成为克服传统变体飞行器缺点的主要解决方案。本文首先综述了柔性蒙皮、蜂窝支撑结构、新型智能材料在变体飞行器设计中的研究现状,然后对现有文献中柔性变形翼结构设计、建模与分析方法进行讨论。最后提出现有柔性变形翼结构设计、建模与分析方法存在的问题,以及未来可能的研究方向。

基于正则化声压匹配法的舱室声场复现

舱室噪声控制、声品质设计等研究通常需开展大量的声场测试试验,由于舱室实际试验成本较高,因此通过声场复现的方式在舱室模拟舱中复现所需求的声学环境,对于降低研究成本、开展重复性试验具有重要意义。本文面向舱室声环境复现需求,以经典声压匹配法为基础,建立了基于扬声器阵列输出的多目标点位协同复现算法,通过引入正则化技术,使算法对实际测试中的各类噪声具有更强的鲁棒性。在一个实际舱室模拟舱环境中搭建了复现系统,复现试验表明,本文算法可在指定舱内的多个点位上协同复现目标频响曲线,在宽频范围内相对误差小于5%,具有良好的精度,在舱室声环境复现应用中具有良好的前景。

误差状态卡尔曼滤波的视觉惯性自适应融合定位方法研究

头盔瞄准具(HMS)是近年来新一代战斗机飞行员的辅助瞄准设备,能够帮助飞行员增强战场态势感知能力,对敌方目标进行快速、精准打击。其能正常工作的关键是获取飞行员头部相对于运动飞机的姿态参数。本文结合头盔瞄准具这一应用场景研究了视觉组合姿态测量关键技术。视觉惯性组合定位能够实现目标位姿测量方法的优势互补,而由于标称噪声矩阵无法绝对准确预测,融合算法的鲁棒性、精度有待进一步提升。针对这一问题,本文提出一种误差状态卡尔曼滤波框架下基于变分贝叶斯推断的视觉惯性自适应融合方法。首先,对于过程噪声使用逆威沙特(Wishart)分布进行建模,之后通过引入隐变量分解一步预测协方差,并结合变分贝叶斯推断实现了对过程噪声协方差矩阵的在线估计。试验证明,在复杂运动及标称噪声协方差矩阵偏移较大的测量条件下,所提位姿测量算法具有较高的精度与鲁棒性,能够完成对靶标的快速、高精度跟踪。

航空发动机飞越噪声预测优化算法研究

发动机风扇和喷气噪声是飞机起飞过程中发动机最主要的两个部件噪声源,在飞机起飞过程中,可以用发动机风扇噪声和喷气噪声近似替代发动机整机噪声进行噪声预测,这对新型发动机的降噪设计和民用航空器的噪声适航性评估具有重要意义。本文提出一种新的航空发动机整机飞越噪声预测方法,该方法基于Heidmann风扇噪声模型和Stone喷流噪声模型获取地面风扇噪声与喷气噪声数据,考虑噪声传播过程中多普勒效应、几何发散衰减、大气声吸收衰减的影响,将风扇噪声和喷气噪声分别映射到飞机起飞航迹线上,在飞行状态合成得到起飞航迹线上航空器噪声适航审定程序所要求的发动机整机噪声,计算实际飞机起飞时噪声适航审定中所需测量的每隔0.5s动态声压级的预测值,并计算最终的有效感觉噪声级。以CFM56-7B发动机为算例,将模型计算得到的有效感觉噪声级与试验结果进行对比,验证了该方法的有效性和准确性。本文方法可用于航空器适航噪声预测,为我国自主实现航空器噪声适航审定提供技术支持。

基于强化学习的飞行器自主规避决策方法

考虑飞行器在执行任务过程中存在诸多不可预知的威胁或障碍,为保障飞行器的安全性,本文进行飞行器面向威胁目标的自主规避决策方法研究。首先综合考虑飞行器与威胁目标行为之间的相互影响,提出了基于深度长短期记忆(LSTM)神经网络的轨迹预测算法,实现对威胁目标未来轨迹的预测;然后结合预测信息构建拦截场景下规避机动的马尔可夫决策过程,设计了基于改进双延迟深度确定性策略梯度(P-TD3)的飞行器规避决策方法,以最大化规避过程的总收益为优化目标,实现飞行器自主规避决策。最后通过在虚拟仿真交互平台的试验验证,本文的决策方法提升了网络的收敛速度,具有84%的规避成功率,提高了飞行器对潜在威胁的成功规避概率,有利于增强飞行器的自主性与安全性。

金属表面微结构对CFRP/TC4界面黏结强度的影响分析

CFRP/TC4异质材料黏结界面主要由金属表面、黏结剂以及复合材料表面组成,该界面是异质材料融合构件的核心部位,其界面黏结强度的优劣,对该类异质材料融合构件的长寿命和高可靠性会产生显著影响。本文主要针对TC4金属表面微结构对界面黏结强度的影响进行研究,基于Abaqus建立剪切力作用下的重叠黏结有限元模型,确定优选后的三角形结构主要参数为宽度、高度以及开槽方向与剪切受力方向之间的夹角,进而采用响应面Box-behnken法设计仿真试验并建立金属表面微结构与界面切应力之间的映射模型,并基于方差分析验证了该模型的有效性。通过该研究,揭示了金属表面微结构参数对界面切应力的影响规律。

通信约束下UAV集群协同拦截任务分配算法

针对多无人机协同拦截多机动目标的任务分配问题,同时考虑到真实战场环境中存在的通信约束以及探测范围约束条件,本文提出了分步一致性拍卖算法(SCBAA)。首先,对真实战场环境中存在的通信约束以及探测范围约束等问题进行了描述分析,构建了多无人机协同拦截任务分配模型,设计了综合效能函数以及相应约束条件。其次,为解决多无人机协同打击单一目标的不平衡任务分配以及冲突消解问题,将原任务分配过程分为主要任务分配以及次要任务分配两部分,通过多次拍卖以及冲突消解实现多无人机对单一目标的任务分配。仿真结果表明,该算法可有效解决通信约束条件下的分布式多无人机协同拦截问题,并适应动态环境中任务分配对实时性的要求。

基于“指节”驱动刚柔耦合式变弯度机翼后缘结构的设计方法

利用刚性机构驱动的变形翼,蒙皮易出现不光滑变形的现象,而用柔顺机构设计的变形翼,虽蒙皮曲线光滑,飞机的稳定性和机动性增强,但难以满足变形与承载双重优化。为此,基于“指节”驱动式仿生刚柔耦合的设计思想,本文设计了一种瓦特I型六杆驱动的变弯度机翼后缘三“指节”刚性机构,并建立了可承受气动载荷和光滑变形的柔顺机构拓扑优化方法。先设计了一种由单电机驱动的瓦特I型六杆操控机构,再改进了“指节”式驱动下变形翼后缘的变密度拓扑优化方法,后求解并给出了一种具有三“指节”式杆驱动特点的变弯度后缘柔顺驱动机构,最后对优化模型进行了刚柔体动力学、空气动力学以及流固耦合仿真,并搭建了试验平台和样机模型,对柔性变形翼的可行性及其设计方法有效性进行论证,结果表明该机翼可以光滑、连续地大变形,同时又具有较强的承载能力。

涡轮起动机中斜撑离合器的瞬态冲击与楔合特性研究

将稳态楔合拓展至瞬态冲击是深入研究斜撑离合器正向设计的重要组成部分。本文从机械动力学理论出发,关联输入输出端载荷与响应特征,建立斜撑离合器冲击受载微分方程,揭示出离合器由瞬态楔合至稳态传动过程蕴含的动力学原理和一般规律。在此基础上,推导出斜撑离合器内外传动轴的综合应力分析模型,并提出运用接触应力、综合应力和楔角等指标整体考察离合器传动性能的校核方法。最后以某常见离合器部件为例,从理论计算和仿真分析两方面模拟了涡轮起动机环境下的短时受载工况,验证了本文原理和分析模型的有效性,因而对此类离合器的设计与校核分析具有重要意义。

无人机集群对抗决策算法研究综述

无人机集群博弈对抗已经成为未来战争的发展趋势,无人机对抗决策算法的选择对提升无人机集群作战能力至关重要。本文深入探讨了基于规则的、基于博弈论的和基于神经网络的三大类无人机集群博弈对抗决策算法,并对它们的优势和局限性进行了全面分析与总结。在此基础上,提出将“基于多智能体强化学习的信用分配模型”和“基于角色的多智能体强化学习模型”应用于无人机集群博弈对抗的研究思路。最后,强调了选择适当的决策算法对于提高无人机集群作战效能的重要性,并为未来无人机对抗决策的发展提出了有益的建议,为相关领域的研究和应用提供了深入见解。

飞机壁板装配偏差传递与演变及其优化方法

壁板的装配准确度直接影响飞机的气动力特性,在装配过程中受到夹紧力、铆接力、回弹力、装配顺序等影响,壁板将发生不同程度的变形,装配变形与零件偏差、夹具偏差等相互耦合,导致壁板最终的装配准确度难以预测和控制。针对以上问题,本文对壁板装配过程中偏差的传递与演变规律进行研究,构建了壁板装配偏差传递与演变的刚柔混合模型与壁板装配准确度的评价准则;采用确定性分析法计算壁板的刚性定位偏差,并通过建立多步夹紧和不同长桁装配顺序下的偏差状态空间模型,揭示了壁板装配过程中偏差的演变规律,实现了壁板装配偏差的准确预测;提出了基于代理模型和智能优化算法的长桁装配顺序稳健优化设计方法,通过装配顺序优化使壁板的装配质量得到了整体提升。

民用飞机预测维修技术研究进展

民机维修理论伴随航空科技进步在不断往前发展,从定时翻修到以可靠性为中心的计划维修,以及先进的视情与预测维修理念。现代民机测试性的发展,特别是系统/结构健康监测技术的发展和成熟,丰富了现有的持续适航概念和方法体系,在确保飞机满足持续适航要求的前提下,飞机由经验化的基于时间的计划维修向更加高效的基于系统/结构实际健康状态的维修转变。本文总结了民用飞机预测维修技术的最新研究进展情况,从以传统计划维修模式为基础引出预测维修模式,包括结构/系统预测维修任务分析方法、预测维修方案优化、预测维修关键技术以及在民机领域的应用情况。

锥度球头刀加工钛合金TC4表面粗糙度建模

高性能商用航空发动机大型复合材料风扇叶片高速旋转时存在分层开胶风险,需要在其前缘通过胶结工艺装配钛合金TC4前缘金属加强边予以保护,而胶结性能受到装配表面粗糙度影响较大。本文针对钛合金TC4前缘金属加强边内腔加工表面粗糙度,以主轴转速、每齿进给量和轴向切深为设计因子,分别开展4种细长锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4试验,测试已加工表面粗糙度。基于测试的样本数据,分别针对4种细长锥度球头刀建立加工表面粗糙度的经验模型。结果表明,主轴转速增加,直径为5.0mm时,表面粗糙度大幅降低,直径为3.0mm时,表面粗糙度却有所增加;主轴转速、每齿进给量增加时,直径4.0mm、2.4mm的锥度球头刀加工的表面粗糙度没有较大变化。随着轴向切深增加,4种直径的刀具加工的表面粗糙度均大幅增加。

基于DAM-QLSTM混合模型的辅助动力装置性能参数预测方法

对飞机辅助动力装置(APU)排气温度(EGT)进行准确预测,能有效监测APU未来工作状态,预防安全事故发生。本文提出一种融合双阶段注意力机制(DAM),以及分位数损失(quantile-loss)引导的长短期记忆(LSTM)网络的APU排气温度预测模型。采用双阶段注意力机制,能有效量化输入变量与EGT的关联度,并加强历史关键信息对输出的作用效果。使用分位数损失来优化LSTM网络的损失函数,进一步提高模型的预测能力。试验结果表明,对于EGT的单步与多步预测,与其他预测模型相比,所提模型的预测精度有较大程度提高,为短期APU性能变化趋势预测提供一定参考。

基于数据驱动的机动目标跟踪

目标跟踪是进行目标精准打击的关键,特别是对于机动目标的精确跟踪可以提高对目标状态的估计精度,从而实现目标的精确打击任务。针对机动目标跟踪问题,基于神经网络理论,本文提出了基于数据驱动的机动目标跟踪算法。通过生成大量不同机动方式运动的飞行数据,建立目标机动的数据样本库,采用基于双向输入的深度神经网络,对大量不同的机动飞行数据进行训练,生成不同机动轨迹的模型,通过轨迹序列数据与不同机动模型匹配,实现对任意机动目标的运动轨迹预测,进而实现对机动目标的跟踪。仿真结果验证了基于数据驱动进行目标跟踪算法的有效性,提供了机动目标轨迹预测的新思路和新方法,提升了轨迹预测的时效和精度。

基于热-力耦合的航空发动机叶片堆焊修复数值模拟

压气机叶片极易出现各类损伤缺陷,因此研究其修复技术有十分重大的意义。利用某有限元软件,使用顺序热-力耦合模型对受损叶片氩弧焊堆焊修复过程进行了数值模拟,同时使用Inconel718合金进行单道堆焊试验。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻合良好,所用有限元模型能有效模拟氩弧焊堆焊修复过程。分析不同堆焊层数、不同堆焊方案下叶片温度场、热变形和残余应力情况,模拟过程中熔池形状与实际熔池形状较为吻合,热源中心温度达到堆焊要求;通过对比不同层数下热变形量和残余应力值发现,变形量和残余应力值会随着堆焊层数的增加而增大;顺序堆焊在冷却后的变形和残余应力均大于往复堆焊;为了减小叶身残余应力,应该在保证修复质量的前提下,尽量减少叶尖修复的长度和堆焊层数,并采用往复堆焊。最后对比修复后叶片和完好叶片的固有频率,分析发现二者频率几乎相等,表明使用堆焊对损伤叶片进行修复具有较高的修复质量。