尾座式电动飞机复合材料机翼结构优化设计

以复杂地形地区物资快速投送平台设计为背景,开展尾座式电动飞机复合材料机翼设计研究。对机翼结构载荷进行分析,对机翼结构构件布置和铺层进行设计,形成复合材料机翼结构设计方案。建立复合材料机翼结构有限元模型,开展典型工况条件下的静力分析,得到机翼结构变形、应力和Tsai-Wu失效因子分布。采用分步优化策略,以机翼结构铺层厚度和铺层角度为设计变量,开展机翼结构质量优化计算,优化结果表明,优化后的机翼结构在满足强度和刚度要求下质量减轻约47.77%,可为尾座式电动飞机结构设计提供重要参考。

陶瓷复合靶板抗长杆弹侵彻的数值模拟分析

采用LS-DYNA非线性有限元程序对长杆弹垂直入射陶瓷／金属靶板的侵彻过程进行了数值模拟分析．重点研究了弹体入射速度在600～1400m／s情况下，陶瓷面板侧向约束的影响，发现侧向约束板存在最佳厚度，此时靶板的防护系数最高．

临近空间大型柔性充气囊体结构特性分析

以临近空间平流层飞艇柔性充气囊体为研究对象,根据充气结构设计理论对充气囊体结构的最小压差和应力进行计算,建立平流层飞艇充气囊体结构有限元模型。在模型验证的基础上,采用非线性有限元方法对平流层飞艇充气囊体结构特性进行仿真分析,得到了囊体结构在不同压差和吊舱载荷作用下应力和变形分布及变化规律,并分析了结构加强配置对囊体应力和变形的影响,为平流层飞艇结构设计提供技术支撑和参考依据。

超空泡航行体双层壳结构动力稳定性分析

针对超空泡航行体轴向受力特点,建立超空泡航行体双层壳结构有限元模型,对结构动力稳定性进行分析。数值计算表明,当壳间实肋板厚度增大或环向肋骨数量和尺寸增加时,动力失稳区域整体下移,不稳定激发频率下降,失稳区域宽度减小幅度较小;当壳间间距减小或纵向肋骨数量和尺寸增加时,双层壳结构动力不稳定激发频率上升,动力失稳区域宽度较大幅度减小,动力不稳定激发程度显著降低。

超空泡航行体双层壳结构动力响应分析

针对超空泡航行体尾拍冲击时的受力特点,建立超空泡航行体双层壳结构的刚柔耦合模型,对结构动力响应进行计算分析。数值结果表明:与单层壳体相比,双层结构内外壳体之间的耦合作用和阻尼层的耗能作用使振动传递得到抑制,尾拍冲击频率在计算时间内减少约19%,结构振动幅值降低约20%;肋板阻尼系数的增加使阻尼层的耗能作用进一步增强,提高了结构的减振能力;壳间连接刚度在一定范围时,连接刚度系数的减小削弱了振动的耦合强度,减小了双层结构的冲击频率和弹性变形,增强了结构的减振作用。

超空泡水下航行器壳体结构形式优化设计分析

针对超空泡水下航行器壳体尾部受到空泡壁面冲击作用的特点,建立超空泡水下航行器壳体有限元模型,对航行器壳体结构进行谐响应分析,并比较普通圆柱壳体与渐缩壳体、环向加肋壳体以及双层壳体的性能。对四种壳体形式的优化计算表明,环向加肋壳体在满足位移和应力约束条件下的最小质量仅为4.152 kg,为较优的壳体形式;双层壳体优化得到的最小质量为7.228 kg,在超空泡水下航行器结构设计中具有潜在的发展优势。

超高速水下航行体结构静动力特性分析

建立超高速水下航行体的有限元模型,针对超高速水下航行体受力特点,对航行体结构进行静力分析、屈曲分析和谐响应分析。数值计算结果表明,结构在轴向压力作用下最大应力值约为114Mpa,明显高于静水压力情况;空化器结构更容易发生屈曲失稳而导致结构破坏,其屈曲临界压力为54KN,临界航行速度为280m/s;当航行体尾部与空泡壁碰撞冲击频率为352HZ、400HZ、672HZ和704HZ时,超高速水下航行体壳体的变形和应力较大,容易发生结构破坏。

平流层飞艇太阳电池系统产能分析

平流层飞艇曲面太阳电池的产能与飞艇所在位置、驻空时间、飞行姿态、太阳电池布局等有着密切的关系。通过对太阳辐照模型的分析,结合平流层飞艇驻空期间方位角的变化,采用投影法分别计算曲面太阳电池各投影面的产能,从而计算出太阳电池在驻空过程中的动态发电功率。分析结果表明:曲面太阳电池在水平面内的投影部分是主要产能部分,受飞艇方位角的影响较小;垂直面内的投影部分产能较少,受飞艇方位角影响较大。

平流层长航时气球上升过程超冷现象影响因素分析

平流层长航时气球超冷现象是指内部浮升气体温度低于外界大气温度,超冷会引起浮力损失进而阻碍气球上升过程。建立了长航时气球辐射、对流等热模型和上升过程动力学模型,仿真分析了初始净浮力、蒙皮热物性参数、放飞时间和放飞日期等因素对超冷现象的影响规律。研究结果表明,上升过程内外温差随初始净浮力增大而增大且变化显著,可见光吸收率和红外吸收率增大时,内外温差值总体上呈减小趋势;放飞时刻和放飞日期对超冷现象影响较小,但放飞时间不同,气球上升至设计驻空高度的时间差别较大。该结论可为平流层浮空器总体方案设计和放飞试验提供有益参考。

运用粒子群优化算法的平流层飞艇总体设计

平流层飞艇总重最小化能一定程度上反映总费用最低的设计目标,满足有效载荷功率需求是飞艇总体设计的出发点和落脚点。在飞艇参数建模中引入太阳电池曲面铺装模型以及昼夜能源闭环模型;以整艇重量最小为设计目标,以昼夜能源供需平衡、浮重平衡、推阻平衡三大平衡问题为约束条件,运用粒子群优化算法对飞艇的外形尺寸参数进行优化设计;分析了有效载荷功率需求和功率密度对于飞艇总体设计结果的敏感性。分析结果表明:飞艇总重随有效载荷功率线性增加;飞艇总重随有效载荷功率密度增加而迅速减小,但变化率逐渐变小,飞艇总重趋于稳定。能源系统仿真的结果表明了飞艇总体设计方法的有效性和设计结果的临界特性。

水冲压发动机进水管路系统设计与分析

对水冲压发动机进水管路系统设计进行了建模与分析,建立了冲压进水管路系统的设计方法与流程。根据水冲压发动机进水方案特点,建立了两级进水管路系统模型,给出其流动过程分析计算方程。基于发动机热力计算方法,分析了镁基与铝基燃料水冲压发动机理论最佳水燃比,提出水冲压发动机水比冲概念,并建立进水量计算模型。该模型分析结果表明,不同燃料体系的水冲压发动机所需进水量仅与其设计推力大小相关。基于试验设计抽样方法,对不同尺寸与构型的管路系统进行了总压损失分析。结果表明,管路系统设计在满足航行体布局要求的前提下,应尽可能增大各级管路总通流截面,并减少管路部件。

无尾舵布局超空泡航行体弹道优化设计

给出了无尾舵布局超空泡航行体在纵垂面内的受力分析及运动方程,建立了变深度机动最优轨迹问题的数学模型。针对空泡扩张与收缩带来的延时效应,提出改进的延时型高斯伪谱法,利用所有高斯节点的运动状态插值获得整个运动过程的状态量,由此得到各个时刻的实时超空泡航行微分方程。通过计算各节点处运动方程约束,对其变深度机动轨迹进行数值求解,得到相应的优化弹道结果及控制策略。对给定布局方案的超空泡航行体下潜机动最优弹道问题进行求解,计算结果表明,采用空化器偏转控制策略,无尾舵布局超空泡航行体可满足运动稳定性与机动性要求,所提出的延时型高斯伪谱法能够处理超空泡航行弹道优化中的延时效应,具有较好的快速收敛性。

公共选修课的慕课教学

公共选修课是大学生课程教学的重要组成部分。目前高校公共选修课教学中存在的一些问题,主要体现在高校对公共选修课的重视度、课程种类、学生选课、课程管理、课程考核等,结合当前慕课教学的特点和优势,详细论述了慕课在公共选修课教学过程中的可行性及应用前景。因此,依靠互联网平台的慕课教学是提升公共选修课教学效果的有效途径。

临近空间飞艇内部自然对流的流场特征仿真

针对临近空间飞艇,对其内部氦气的自然对流特征进行了数值模拟。采用计算流体力学方法,并利用自编的用户自定义函数将外部的温度边界条件导入壁面网格。在不同的稳态条件下,通过对内部氦气压力、温度、速度的分布等流场特征参数的研究,分析了临近空间飞艇内部气体自然对流的运动特性及其影响规律,并对自然对流非稳态变化过程进行了初步的探索。仿真结果表明,在临近空间环境下,飞艇内部氦气的自然对流,对于内部氦气自身的热交换具有一定程度的促进作用,而对蒙皮受力和结构安全性影响很小。

太阳能飞行器能源系统综合实验设计

太阳能飞行器是实现临近空间持久驻空的重要平台,通过对太阳能的循环获取、综合利用实现高空长航时飞行。能源系统设计是制约太阳能飞行器发展的核心因素。在当前研究生教学实践中,从专业特点、技术需求及创新型人才培养等方面出发,结合太阳能飞行器能源系统设计,开展研究实验教学的具体流程及效果评估。实践表明:综合实验设计的教学方式可以加深学生对理论知识的掌握,还可以激发学生设计临近空间飞行器的热情,提高学生在飞行器研究方面的创新能力和工程实践能力。

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型,包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等;采用多节点模型,对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟,得到了温度昼夜变化规律;分析了太阳电池(含隔热结构)的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响,得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。

基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.

平流层飞艇强迫对流特性数值仿真分析

强迫对流换热特性对平流层飞艇热状态有重要影响。以平流层飞艇流线型封闭囊体为研究对象,基于囊体内部纯导热传热的假设,采用计算流体力学方法建立平流层飞艇外部流场三维数值模型,对飞艇外部强迫对流换热特性进行仿真分析,得到了不同太阳照射角度、风速和攻角条件下的飞艇表面温度分布和内部平均温度变化规律,为平流层飞艇热状态预测和热控设计提供参考依据。

平流层超压气球长期驻空热特性分析

以超压气球驻空过程为研究对象,综合考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热等因素对超压气球热特性的影响,建立超压气球三维热模型,通过数值仿真对驻空期间球体蒙皮与内部浮升气体热力学特性进行研究,得到温度昼夜变化和分布规律;分析了蒙皮热物性参数、外部对流速度等因素对内部浮升气体超热程度的影响,结果超压气球驻空期间存在明显的超热现象,且以上因素均对超热程度均产生影响,且影响程度不同。研究为超压气球驻空飞行性能和热控设计提供参考依据。

基于响应面近似技术的平流层飞艇协同设计优化

针对平流层飞艇多学科设计优化问题,引入协同优化算法,分析基于响应面近似模型的协同优化方法CO/RSA的执行步骤和特点,并介绍响应面近似模型的构建方法;建立平流层飞艇各学科模型,并对学科间耦合关系进行分析;运用建立的气动/推进、结构、能源三个耦合子系统的学科分析模型和系统优化模型,以平流层飞艇总质量最小为优化目标,综合考虑浮重、推阻和能源平衡,采用CO/RSA方法对平流层飞艇进行设计优化。结果表明:所建立的平流层飞艇的MDO模型是合理的,CO/RSA算法应用于飞艇总体设计优化是有效的,研究结果可为平流层飞艇方案论证和方案设计提供参考。