基于流场仿真分析方法的航空机载生物隔离舱负压控制系统设计

目的针对多名传染病患者航空转运过程易发生病原体扩散风险,为保证转运安全,提高转运效率,提出一种大型航空机载生物隔离舱负压控制系统关键技术研制策略。方法通过采用流场仿真分析方法,对负压控制系统风机条件参数和负压压差参数等设计变量进行了模拟验证,提出负压控制系统设计与自动控制策略。结果获得了舱内空气循环特性、风速参数和压差梯度等参数信息,验证了舱体风道和风机参数的可行性,为排风装置和压差自动控制装置的研制提供了技术支撑。结论最终建立的负压控制系统可实现换气次数≥10次/h和压差-50 Pa的性能要求,形成了良好的压力梯度分布,满足生物安全防护使用需求,降低了试验成本和研制周期;基于压差控制策略所建立的风量自动调节功能,可满足不同飞行工况下的航空环境使用要求。

旋流器加工变形仿真分析

旋流器是现代飞机环境控制系统中一项重要设备——水分离器的关键部件,旋流器加工的尺寸精度和表面粗糙度直接影响到水分离器的分水效率及阻力。旋流器表面一般为较复杂的曲面,其叶片较薄且悬臂长度较长,刚度较低,属于典型曲边薄壁零件,在切削加工时会产生弹性让刀和加工变形,影响加工质量。因此,为提高旋流器零件加工精度,建立切削力加工经验公式和仿真模型,基于Abaqus二次开发平台模拟零件加工变形,探索分析其加工变形大小与不同走刀路径之间的规律。

管路结构参数对液压管路振动特性的影响研究

为探究液压管路的结构参数对其振动特性的影响,建立了不同几何结构参数液压管路有限元模型,基于流固耦合研究了不同结构材料、不同弯曲半径以及不同弯曲内角对液压管路振动特性的影响。研究发现,在液压管路结构一定情况下,钛合金Ti-3Al-2.5V的固有频率最小,不锈钢1Cr18Ni9Ti的变形量最小;在固定液压管路总长的情况下,弯曲半径的增加会提升固有频率并会降低变形量,弯曲内角的增加会减小固有频率但会降低变形量;在固定直管段长度的情况下,弯曲半径的增加会导致固有频率减小并导致变形量增加,弯曲内角的增加会导致固有频率减小但会降低变形量。

拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

飞行器引气系统预冷器动态模型搭建及辨识研究

飞机发动机引气作为热端气体,经引气系统预冷后,用于座舱温度调节及机翼防冰。为了实现数字化智能控制,建立精准的预冷器控制模型,从而提高飞机引气系统的温度控制精度、响应速度和稳定性。重点研究了飞机引气系统中的预冷器动态模型参数辨识,利用有限元法建立了预冷器换热过程偏微分方程,分析了预冷器的换热机理。通过建立预冷器热端、冷边及间壁偏微分方程分析了预冷器换热性能的影响因素。通过辨识36组工况下的预冷器时间常数,搭建36点正交实验,从而拟合预冷器时间常数,并与实测结果进行了对比,验证了动态模型的拟合精度和模型真实性,从而用于仿真实验及控制器设计。

多叶式径向动压气体箔片轴承预紧力仿真

为获取多叶式径向动压气体箔片轴承大预紧装配过程中各部件状态,基于显式动力学方法建立了该类轴承的非线性接触模型,并讨论了预紧量、静态偏心率对转轴表面应力分布的影响,研究结果表明:多叶式箔片结构在平箔片搭接区域及与转轴接触区域应力较大;当无静态偏心时,转轴表面应力分布呈周期对称状态,有静态偏心时,则呈余弦形式,且应力波峰波谷数量与箔片数量一致;同时,预紧量越大,转轴表面应力越大,而静态偏心率越大,转轴表面主要受压区峰谷间应力差越大。

超重条件下相变热沉结构拓扑优化及温控性能研究

利用相变热沉有望解决高速飞行器大热耗电子设备的热控难题。为强化相变热沉温控性能,基于固体各向同性罚函数的变密度拓扑优化方法对相变热沉进行传热拓扑优化设计。而飞行器在机动飞行过程中常处于超重状态,其可能会影响相变热沉的性能。因此,对拓扑优化的导热式优化热沉(Ⅰ)和自然对流式优化热沉(Ⅱ)在超重(1g~7g)下的温控性能进行了数值研究。研究结果表明:热沉Ⅱ吸热速度和温控性能优于热沉Ⅰ,PCM总融化时长缩短11 s;以60℃为目标,在1g、3g、5g、和7g下,热沉Ⅱ的温控时长比热沉Ⅰ分别延长了19.75%、17.44%、4.01%和1.62%;超重会强化PCM间的自然对流,显著提升热沉温控性能,但其强化效应随超重的增强而减弱;超重对热沉Ⅰ的强化作用大于热沉Ⅱ,且会缩短热沉间性能差异。

基于GA-PSO混合优化SVM的机载EHA故障诊断

针对机载电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)的典型故障,详细分析了故障原理并在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。为了高效准确识别故障类型,提出一种用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)混合优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断算法。GA鲁棒性好且全局搜索能力强但收敛速度慢,PSO对样本规模不敏感且具有记忆功能但易陷入局部最优,故融合两种算法寻找SVM的最优参数。另外,为了解决传统SVM多分类方法“一对多”和“一对一”易出现不可分的问题,建立一种偏二叉树结构的SVM多分类模型。对于采集的原始数据高度重合的情况,引入时域特征统计量进一步提升模型的分类性能。实验结果表明,提出的混合优化算法寻优速度更快、所寻参数更佳,同时用该算法优化的SVM分类模型相比于其他5类常用的机器学习模型分类效果更好,故障识别正确率可达97.7%。

板翅式换热器传递函数动态模型及参数确定方法

飞机综合环控/热管理系统迫切需要建立快捷高效的换热器动态仿真模型,以满足先进控制系统设计需求。基于此,针对板翅式换热器动态模型,提出一种包含2个延迟环节和4个一阶惯性环节的传递函数矩阵形式,并从换热器机理模型出发,利用拉普拉斯变换推导模型中4个时间常数的计算公式,提出基于换热器效率的传热热阻计算关系式的辨识方法,解决了主要模型参数设置难题。以板翅式换热器为研究对象,在Simulink仿真平台搭建其传递函数动态模型,并与AMESim仿真平台搭建的机理模型进行对比分析,结果显示:2种模型所得空气和冷却水出口温度分别随入口温度和质量流量阶跃变化的动态响应曲线吻合很好,其中,4种工况空气和冷却水出口温度最大稳态偏差分别为0.034℃和0.029℃,当冷却水入口质量流量阶跃变化时,空气出口温度动态响应相对偏差最大,为9.27%,当空气入口质量流量阶跃变化时,冷却水出口温度动态响应相对偏差最大,为7.03%。

相变储能拓扑翅片的性能研究

为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性。研究表明:壁面温度20℃时,拓扑优化有更好的导热效果,比分形优化分别减少21.18%和12.68%的总凝固时间,相变材料温度最高降低了7.33℃和4.30℃,平均降低了0.98℃和3.85℃;拓扑优化也具备更好的温度均匀性,相变材料平均方差分别为对应分形的33.38%和72.13%;壁温偏离拓扑的设计参数时,其热性能也基本未发生改变。以上结果传导为翅片设计提供了一定参考。

飞机管路系统单向活门优化改进措施

飞机管路系统单向活门出现锈蚀、外漏、内漏问题,会影响整体单向活门所在的管路系统的功能和性能,进而影响飞机安全。对近年来液压系统某单向活门锈蚀、外漏、内漏的问题进行分析,发现锈蚀与材料及热表处理有关,内漏与单向活门产品结构有关,外漏与密封结构形式有关。对改进后的单向活门进行气密性试验、振动试验、寿命试验、流阻试验、强度试验、压力脉冲试验以及其他环境试验验证,确保改进措施有效,提升了单向活门的可靠性。

直升机环控系统性能分析与研究

本文简要介绍了两类典型的直升机环控系统的工作原理及其性能数据,以及在此基础上进行对比分析,研究各自的优缺点,为不同类型的直升机选择环控系统提供参数。

某型飞机座舱温度调节系统故障分析及预防维护措施

某型飞机座舱温度调节系统是环控系统的子系统之一,对改善飞行员的工作环境起着重要作用。介绍温度调节系统的工作原理,分析典型故障的成因、排除方法和预防措施,并提出系统的维护注意事项。

航空电动静液作动器神经网络模糊滑模控制

针对航空器中电动静液作动器(EHA)的高控制性能需求,传统控制策略难以解决参数自适应整定与滑模控制中常见的抖振问题,为平衡抖振抑制与控制性能,进一步提升控制稳定性与精度,设计了一种新型的神经网络模糊滑模控制器(NNFSMC)。首先针对航空EHA位置环构建积分滑模控制器;其次通过模糊控制的策略整定滑模趋近律中的关键参数,然后利用BP神经网络的自适应优化能力进一步抑制滑模控制中的抖振现象;最后,在MATLAB/Simulink平台上进行仿真实验,对比分析不同控制算法下的位置跟踪性能。仿真结果表明,NN-FSMC能有效提升航空EHA系统的响应速度与位置跟踪精度,并在频率变化情况下提供更为平滑的响应。

民机客舱空调送风方式对CO_(2)传播及通风性能影响的数值模拟

利用计算流体力学方法构建A320经济舱7排座数值模型,并对CFD模型进行验证。对顶部送风、混合送风以及置换送风三种空调送风模式进行数值模拟,以CO_(2)作为污染物对比分析飞机客舱通风性能及排污效率。研究发现:顶部送风会使中间乘客吹风感较强,乘客垂直温差约为3K;混合送风的速度场和温度场分布均匀,热舒适性良好;置换送风模式下,乘客周围速度小于0.3m/s,存在温度分层现象,气流运动受到人体热羽流的影响显著。从排污效果看,置换送风会使乘客周围的CO_(2)积聚时间较长,呼吸区平均浓度高出约35%;顶部送风和混合送风的排污效率大小相近。相较于传统空调送风模式,置换送风的排污效率提升了约42.8%,适用于飞机通风结构的优化。

商用客机驾驶舱通风系统的送风方式研究

为了探究通风系统送风方式如何影响客机驾驶舱的空气质量,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,针对波音737客机驾驶舱建立数值计算模型。研究重点对比不同送风模式下驾驶舱内的流场结构特点、乘员呼吸区的空气流速,并结合乘员呼吸区的污染物清除效率和空气龄进行空气质量的定量评估。结果表明:风挡进气口可能减缓呼吸区的空气流速,而个人通风口则可以显著提升乘员呼吸区的空气质量;周期信号送风技术可以有效提高空气净化效果,与恒值信号相比,污染物清除率提升7.5%,平均空气龄降低7.39%。

一种新型机载一体化电液作动器的设计与分析

针对近年来飞机机载作动系统的发展 ,设计了一种用于功率电传的新型一体化电动静液压作动器 (EHA) ,分析其原理和特点 ,讨论各部件和系统的建模方法 ,采用Matlab Simulink对其进行仿真 ,结果表明所设计的EHA具有良好的动态性能和带负载能力 ,达到了良好的性能指标 ,可作为未来飞机机载电作动系统的方案之一 ,对功率电传电液作动系统的研制具有实际指导意义 .

浅析干涉量对随机振动载荷作用下航空液压管路疲劳寿命的影响

本文针对航空液压管路在随机振动载荷作用下导致疲劳损伤的主要破坏形式,通过对典型航空扩口管接头的结构分析,结合干涉配合理论,设计了一种新型的航空管接头强化连接结构,为调节航空液压管路共振和提高航空液压管路的疲劳寿命提出了一个新的思路,并在实际应用中验证了新型结构的有效性。

空间摄像机热控系统设计

根据摄像机所处空间环境和结构特点,设计它的热控系统,同时进行了热平衡试验来验证热设计的合理性。首先,总结了摄像机热设计的准则,分析了摄像机所处的空间热环境。然后,对摄像机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施进行热隔离和热疏导,充分利用了摄像机所搭载的卫星平台的热容;采用主动热控措施将温度控制在热控指标范围之内。最后,根据摄像机的热环境和各种工作模式设计了4种极端试验工况,并进行了热平衡试验。试验结果表明,摄像机在存储工况时,其温度与安装面温度相差3℃左右,满足存储温度指标要求;低温工况和高温工况时,其整机温度为-3.1℃和45.7℃,镜头温度为-4.5℃和46.8℃,均满足热控指标要求。试验结果证实设计的空间摄像机热控系统合理可行。

INS/DGPS支持的机载线阵推扫影像几何校正

论述了利用INS/DGPS系统的导航输出计算外方位元素的原理,介绍了行方位数据支持下机载线阵CCD影像直接和间接法几何校正的基本方法,重点分析并解决了直接法纠正中的目标定位、灰度重采样及间接法校正中最佳扫描行的确定问题。PH I高光谱影像的实验结果表明,文中的校正算法可达到优于1.5m的绝对定位精度及0.7m的相对精度。