基于虚拟现实的火星车路径规划方法

火星表面巡视探测具有环境复杂、资源受限等特点,火星车自主避障路径规划是在火星车运动能力约束下,综合安全性和效率,规划能够安全抵达目标位置的最优路径,对开展火星探测具有重要意义。针对火星车路径规划问题,提出一种基于虚拟现实技术的火星车路径规划方法。首先,在分析火星数字高程模型(DEM)数据、坡度处数据、粗糙度数据和阶梯地形数据的基础上,建立火星环境危险度地图;其次,设计集成危险度函数的改进A*算法,在虚拟现实开发引擎Unity3D中开发火星车路径规划系统;最后,对路径规划算法进行仿真验证。实验结果表明,与传统A*算法相比,改进A*算法的危险度显著降低,有效提高了火星车行驶的安全性,验证了虚拟现实技术在火星车路径规划的可行性。

天基自然灾害勘测系统效能仿真研究

对地遥感卫星系统是应急管理、防灾减灾系统中的重要组成部分,主要用于在灾害发生后快速、精准地提供灾区受灾面积、损伤情况等第一手资料。文中以对地遥感卫星系统灾害勘测场景为研究对象,系统梳理了其卫星星座发展历程,并以当前我国对地遥感卫星星座为基础,利用STK软件构建灾后勘测仿真场景,从覆盖百分比、最大覆盖间隙和平均访问时间三个方面分析了该系统对灾区的勘测效能。仿真结果可为我国完善应急卫星星座建设及应急指挥决策提供参考。

飞机结构件制造仿真平台开发与应用

作者基于实际飞机装配流程,利用Unity 3D软件,结合飞机装配主要部件的三维模型,搭建了可用于实践教学的飞机装配虚拟仿真教育平台,让学生能够安全、高效、沉浸式地学习飞机装配技术,并能普及脉动式装配概念,解决飞机生产的脉动式站位平衡问题,同时也为培养航空制造业高水平应用型人才提供帮助。

智能工厂MINI制造单元虚拟仿真平台开发

针对航空薄壁件在加工中易变形、工件振动、耗时长的现状,提出了基于Unity3D的智能工厂MINI制造单元虚拟仿真平台的设计方案,解决了薄壁叶片在实际生产过程中效率低下,质量参差不齐的问题。通过智能工厂MINI制造单元的虚拟仿真验证结果表明,智能工厂MINI制造单元不仅能够完成航空薄壁件的批量加工,大大提高其生产效率,还能通过Unity3D的虚拟仿真技术,降低生产成本和潜在的风险,推动航空制造业向智能化方向发展。

虚拟现实技术在中国空间站科普教育中的研究与应用

空间站建设是衡量空间科技实力的标尺,也是国家综合国力的象征,而科普教育是实施科教兴国战略和可持续发展战略的重要途径。在航天科普过程中,普遍存在仪器设备采购成本高、使用安全风险大、学生参与感低、项目展示不够直观等问题。基于上述问题,提出建设基于虚拟现实技术的中国空间站仿真科普平台的设计思路,通过Unity开发引擎构建虚拟环境与交互设置,使其具备展开高效科普的能力。在面向中小学生的科普教育中引入STEM教学模式,在引导学生完成科普教学目标的同时,综合锻炼学生的能力。平台利用虚拟现实技术解决了在科普教育中缺少直观、真实科普条件的问题,激发了学生们学习、探索的动力,也使得科普教育不再受到地域、经济条件的限制。

虚拟现实技术在航空发动机装配教学中的研究与应用

在产学研融合背景下,作者针对航空院校发动机装配实验课程的实地培训知识庞杂、效率低、教学内容与企业需求脱节等问题,以虚拟现实技术为技术路线,构建了基于Unity 3D的航空发动机装配虚拟教学平台,并根据航空发动机装配实验课程教学现状分析使用需求,开发了航空发动机知识教学、微型涡喷式航空发动机装配虚拟仿真实验及实验考核评价三个主要模块。实践表明,该平台能够利用虚拟现实技术的沉浸性、交互性、构想性特点有效提升教学质效,培养学生“研学一体化”技能,满足航空发动机产业技术型人才需求,推动航空发动机全面数字化装配的进一步发展。

虚实协创融合教学在产学研协同创新中的实践

针对航空工程专业飞机制造实训教学实施难和课程资源共享共建的问题,在产学合作协同育人平台框架下深度融合虚拟现实技术与实验教学技术,分析了航空工程专业产学研融合教学的现状,提出了“虚-实-协-创”四位一体专业课程教学体系。依托国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台,以航空工程专业“飞机制造准确度”课程为案例进行了实践。实践结果表明能够有效提高学生学习积极性,为高校培养航空工程专业工程型人才提供培养模式参考。

基于Unity 3D的飞机虚拟维修车间构建与研究

近年来,随着仿真技术与硬件性能的快速发展,虚拟维修技术在降低飞机维护成本、提高产品可用性与维护安全性等方面起到了越来越积极的作用。虚拟维修技术应用在获得长足进步的同时,在场景匹配性、使用沉浸感和内容集成度等方面仍存在挑战。基于Unity 3D引擎,以维修模式需求、流程需求、内容需求为导向,开发虚拟车间,以某型飞机为原型构建虚拟样机作为虚拟维修的对象,辅以数字维护手册,实现与物理维修过程的高度一致性,最后基于多学科知识的协同仿真与评价,完成覆盖维训练修、维修辅助与维修方案验证等领域的多层次虚拟维修车间构建。

基于Unity3D的航空智能制造科普平台设计

在《“十四五”国家科学技术普及发展规划》政策指引下,本文聚焦航空智能制造的发展变革趋势。针对传统科普教学内容更新滞缓,缺乏航空制造专题性科普的问题,以Unity3D为开发工具,借助虚拟仿真技术构建了可用于航空制造知识科普的智能制造工厂虚拟仿真教学平台。以某通用飞机零件制造工厂为核心,介绍平台开发的基本流程,展示了平台构建的成果,并为制造、测量、运储等诸多生产环节的科普和教学赋能。

基于虚拟现实技术的飞机零件检测平台的搭建与验证

在《中国制造2025》行动纲领下,智能制造成为航空制造业发展的主流。它主要利用虚拟现实技术智能化解决飞机零件存在的问题。基于虚拟现实技术的飞机零件检测平台,运用CATIA(卡提亚)和3D Max等建模软件,结合Unity3D对飞机零件检测的整体规划与搭建和虚拟平台的动态仿真与调试,对飞机零件运输过程和检测流程等进行动态仿真模拟。从飞机零件检测整体生产线运行、检测车间内部以及检测人员使用3个角度进行仿真,以验证此平台设计的合理性。该平台以数字孪生为基础,将其拓宽到飞机零件加工和装配等其他环节,实现虚拟与现实之间的信息传递,为检测车间的生产运行管理提供巨大帮助。

温度峰值影响6061铝/AZ31B镁异种材料FSW接头成形的规律

以6061-T6铝合金与AZ31B镁合金为研究对象,基于Abaqus软件进行了异种材料搅拌摩擦焊过程的温度场数值模拟,重点分析搅拌针偏置镁侧下的搅拌区温度峰值影响焊缝表面成形的规律.结果表明,当焊接温度峰值高于Al-Mg共晶温度时,搅拌针根部附近区域会出现较明显的黏着现象,其随着焊接速度的降低而加剧,这与焊接温度峰值的升高相关.随着焊接速度的增加,焊缝表面更易避免裂纹缺陷的产生.当搅拌头的转速为1 200 r/min且焊接速度为40 mm/min时,6061铝/AZ31B镁异种材料焊接接头的表面成形良好.

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高转速或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.

6061/AZ31B异种材料FSW过程的温度场研究

使用Abaqus软件建立了6061/AZ31B异种材料搅拌摩擦焊的3D有限元模型,对焊接过程的温度场进行了数值模拟。结果表明,以搅拌区为主的高温区形貌在水平面上呈现椭圆形,在横截面上呈碗形。当旋转速度为1100~1300 r/min,焊接速度为40 mm/min时,焊接温度峰值随旋转速度的增加而提高,其值超过了Al-Mg的共晶点。

2060Al-Li合金FSW工艺的温度与应力场模拟

使用Abaqus软件建立了2060-T8 Al-Li合金的搅拌摩擦焊3D有限元模型,对焊接过程的温度场及焊后的残余应力进行了模拟。结果表明:焊接高温区域在水平方向上呈椭圆形,搅拌头前方材料的温度梯度大于后方材料的温度梯度;温度模拟结果与热电偶测量结果比较吻合。纵向残余拉应力在垂直焊缝方向上呈现典型的"双峰"分布规律;其峰值在轴肩作用区边缘。在垂直于焊缝方向上,焊缝区域的边缘是最危险区域;在平行于焊缝方向上,焊缝的末端出现了Mises等效应力的最大值。

基于虚拟现实技术的飞机尺寸准确度检测智能装备研究

基于虚拟现实技术研究智能装备的改装设计,实现测量数据的云存储、智能装备之间数据的互联互通以及装备的三维展示、信息提示、手动交互式装配/拆卸等功能,验证设计方案、装配方案的和虚拟维修工艺流程的合理性。通过逼真的虚拟场景、人性化的交互体验,缩短智能检测装备的装配周期与维修周期,降低生产成本。

虚拟现实技术在实验教学改革与实践中的应用

高校应加强培养具有创新意识的高素质工程技术人才,实验教学是达成目标的重要途径。从实验项目建设需求分析、实验与服务平台搭建、实验教学组织与实施、实验教学总结与思考等方面出发,开展研究工作,将虚拟现实技术应用于实验教学改革与实践中,拓宽实验教学项目的开设范围,延伸实验教学时间维度和空间维度。

TC2Mδ1.5钛板压窝成形中形状畸变的研究

在室温下对TC2M钛合金圆板坯料(厚度为1.5mm,直径为160.0mm)进行了压窝试验研究。卸载后压窝制件凸缘出现明显的双曲率翘曲,这种形状畸变造成了钛合金板压窝零件无法满足尺寸和位置精度要求。对这种形状畸变进行定量描述的同时,分析了产生形状畸变的原因,主要是由钛板轧制过程产生的板织构特性,各向异性所引起的变形差异以及应力场、应变场分布的不均匀引起的。

疫情防控期间高等院校线上教学设计与实施研究

疫情防控期间,“航空工程软件技术(1)”课程依托雨课堂在线教学平台,实现对授课学生的全覆盖,全方位落实“停课不停教、停课不停学”的重要指示精神。疫情防控期间的线上教学与实践积累了大量教育教学经验、数据与成果。针对线上教学开展有针对性的教学设计研究,并依托本课程的教学实践,真实、客观、有效地分析在线教学实践、教学经验和教学过程,为在线教学成为新一轮教育教学新常态的变化进行充分研究与分析。

焊接工艺参数对FGH96合金惯性摩擦焊过程材料塑性流动行为的影响

采用数值模拟方法对FGH96合金惯性摩擦焊过程进行分析,获得温度、轴向缩短量、材料流动与飞边四者之间的关系,着重研究初始转速与轴向压力等焊接工艺参数对材料塑性流动行为的影响规律。研究结果表明:在惯性摩擦焊初始阶段,材料温度与流动速度较低,无飞边产生;随着焊接过程的进行,材料的温度与流动速度呈现先升高后降低的规律;在焊接过程进入稳态后,摩擦面中心区域的材料主要沿试件的旋转方向流动,而摩擦面上两边界附近的材料向面外流动并形成飞边,飞边尺寸与弯曲程度随焊接时间的增加而增加。同时,随到摩擦面距离的增加,材料的流动速度逐渐降低且材料沿轴向流动的速度分量增大。结合FGH96合金惯性摩擦焊轴向缩短量的数值模拟结果,解释了从提高材料流动速度的幅度上看增加轴向压力优于初始转速的原因。

FGH96合金惯性摩擦焊过程飞边形成的规律研究

基于FGH96合金的材料本构模型以及摩擦因数随温度的变化关系,利用DEFORM软件建立了FGH96合金惯性摩擦焊的热力耦合分析模型,研究了焊接过程中飞边的形成与温度及材料流动之间的关系.结果表明,在摩擦焊初期,由于温度与材料流动速度较低,飞边不易形成;当焊接过程达到稳态后,随着摩擦界面及其附近区域材料向摩擦界面两边界流动速度的增加,飞边形成并逐渐增大;飞边的尺寸大小以及弯曲程度随初始转速以及轴向压力的增加而增大,基于飞边形貌确定了FGH96合金惯性摩擦较合理的焊接工艺参数.