螺旋桨驱动用低速大扭矩电机扁线绕组应用探索

针对低空航空器螺旋桨用低速大扭矩推进电机的使用需求,从绕组形式选取方面着手开展圆线方案与扁线方案综合对比分析。结果显示,扁线方案的散热性能更佳,但在设计加工、电磁性能、整机质量和效率方面不及圆线方案。分析结果可为低速大扭矩电机设计者在绕组选型、极槽组合等方面的选取提供参考。

基于神经网络的高原机场飞机离地速度计算方法

针对现有飞行理论中对民航飞机在高原机场起飞离地速度计算研究不足,且计算方法单一、复杂的问题,利用MATLAB仿真平台构建在高原机场飞机起飞滑跑阶段模型,通过计算不同飞行条件下的飞机离地速度,得到大量训练样本,建立BP神经网络模型,将机场海拔、飞机质量、安全起飞速度、温度和可用起飞距离作为输入量,飞机离地速度作为输出量,对神经网络进行训练和测试,直至均方差达到要求。将神经网络所求估算值与仿真数据进行对比并进行分析。均方误差为4.1289,均方根误差为5.6121。使用神经网络计算方法效率高,误差小,可应用于不同高原机型在不同影响因素下的离地速度计算,对高原机场运行和机场跑道长度设计有一定参考价值。

转速对航空动力装置动力性能和经济性能的影响

为探究发动机转速对某中空长航时无人机动力装置的动力性能和经济性能的影响,结合发动机速度特性曲线、耗油率特性曲线、高空特性曲线及螺旋桨效率曲线,在某无人机飞行速度范围内,选取典型发动机油门匹配不同发动机转速,通过理论计算与试验相结合的方法,评估动力性能和经济性能的变化情况。研究表明:对于所研究的航空动力装置,在所研究的发动机转速范围内,推力随着发动机转速的增加而增大,单位推力耗油率则随着发动机转速的增加先减小后增大,即存在最经济转速,且发动机油门位置越大,对应的最经济转速也越高。为保证动力性能和经济性能,各油门设定的转速应避免设置在最经济转速之下。对于所研究的航空动力装置,在最大连续工况条件下,当飞行速度一定时,动力装置的推力、螺旋桨效率随着飞行高度的增加而降低,单位推力耗油率则随着飞行高度的增加先增加后降低。在飞行高度一定时,动力装置的推力随着飞行速度的增加而降低,而螺旋桨效率、单位推力耗油率则随着飞行速度的增加而上升。

航空飞行器用300 kW高速永磁同步电机优化设计

航空飞行器用高速永磁同步电机损耗密度高、散热条件差,脉宽调制电压供电产生的损耗可能会导致显著的温升,加剧Halbach磁体的退磁风险,影响电机的安全运行。针对上述问题,提出基于Nelder-Mead法的高速永磁同步电机多目标优化设计方法,以电机损耗和温升为优化目标,使用场路耦合有限元分析法和解析法计算电机在T型三电平变流器供电下的损耗,进而计算电机温升。根据寻优算法搜索最优设计区域,获得优化设计方案。分析Halbach磁体内的磁密分布和涡流损耗,对磁体进行优化设计,从而抑制退磁和损耗。设计并制造一台300 kW、30000 r/min高速永磁同步电机,仿真和实验结果表明,新提出的设计方法能够快速实现多目标寻优,并有效抑制退磁。

考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化

长时间、重复的高马赫数飞行会因综合力/热效应累积而引起飞行器几何布局变形。本文以高速飞机高马赫数长航时巡航所产生的机身累积热变形效应为不确定性输入,对该不确定性因素进行了表征建模,而后将其引入到气动布局的优化设计中,建立考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化模型,并提出模型求解策略。通过4个不同优化模型的对比,验证了本文稳健优化模型和策略的有效性。仿真分析结果指出,累积热变形效应会影响飞行器气动性能的准确预测,预测偏差的传播会影响优化的收敛方向,并最终影响最后的优化构型。

高速来流作用下带孔隙容腔建压过程及特性

高速来流作用下带孔隙的容腔内部压强演变过程对弹体头罩分离、整流罩脱落、舱门开启等有着重要影响。围绕带进气口和卸流孔隙的容腔结构,建立了预估容腔压强变化的理论模型和数值模型,并结合实验验证探讨了开孔位置、进出口面积以及容积大小对容腔建压过程的影响。结果表明排气孔位置和大小对容腔建压效果具有显著影响。当进排气口面积比为0.75时,容腔迎风区域孔隙在初始建压阶段能够提升建压速率,但稳定状态下孔隙由进气转变为排气,容腔压强相对无排气孔隙状态降低约39%;容腔表面斜率过渡区域孔隙受流动形态演化影响,相应容腔压强变化较为复杂,在稳定阶段容腔压强相对无排气状态降至50%;孔隙位于容腔后部时,稳定阶段压强最低,约为无排气状态的44%。同时,进口面积增加会显著增加容腔压强,排气孔隙面积增加会降低容腔压强并减少建压时间。容腔体积对建压速度具有一定影响,但对最终建压结果影响较小。

人工神经网络在飞机下沉速度控制中的应用

下沉速度是指飞机着陆接地时刻其重心的垂向速度,它直接关系到飞机起落装置在接地时所受到的载荷大小。在考核飞机起落架强度、刚度的着陆试验中,国军标对飞机的下沉速度有具体的要求,但在实际操作中,由于各种外部因素的干扰,飞行员很难利用现有的手段精准操纵飞机达到标准要求的下沉速度。本文通过合理分析,选取了几个影响陆基飞机下降速度的飞行参数,并将这些参数的实测飞行数据作为MATLAB人工神经网络模型的输入与输出,得到了较好的预测结果,探索了控制陆基飞机下沉速度的新思路与新方法。

基于实时可达域的高速飞行器分组队形优化

无动力高速飞行器作为欠驱动系统,在进行编队飞行队形优化时需系统地考虑其控制特点。借助“实时可达域”这一概念,在分析高速飞行器实际可到达区域的基础上,考虑集群成员数量变化以及实际集群包含多个任务小组的情况,提出一种适用于高速飞行器集群的分组动态队形优化方法。仿真结果表明提出的队形优化方法可对队形形状和参数进行一体化优化,可灵活适应多种飞行任务,同时也适用于集群成员数量发生变化的队形重构问题,具有重要应用价值。

变分量子线性求解算法在高速飞行器定常绕流数值模拟中的应用

CFD方法在用于三维大规模复杂流动的空气动力学数值模拟时,面临着计算成本高、模拟时间长等瓶颈问题。近年来,量子计算为航空航天CFD领域带来了新的解决思路,通过利用量子比特的叠加态和纠缠特性,理论上相比于经典计算机能够实现对数级的存储缩减和指数级的效率加速,在处理大规模空气动力学模拟等任务上具有巨大的潜力。聚焦于量子计算技术在航空航天CFD领域的应用探索,针对高速定常流动问题,采用变分量子线性求解器(variational quantum linear solver,VQLS)辅助求解CFD时间离散环节得到的高维线性方程组,进而发展了可以在含噪声中等规模量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)器件上实现的VQLS-CFD耦合方法。通过三维双椭球模型和探测器火星科学实验室模型的超声速数值模拟测试,验证了VQLS-CFD耦合方法可以实现大规模复杂流动的鲁棒及准确模拟,并产生与试验数据吻合度较高的计算结果,最终获得高可信度的气动预测结果。然而,介绍的量子计算流体力学(quantum computational fluid dynamics,QCFD)方法在计算效率方面尚未达到真正意义上的加速效果,这一现象的突破将依赖量子计算机硬件的持续发展与QCFD算法的不断优化与成熟。

基于高速飞行器火力控制模型的智能解算方法

研究吸气式高速飞行器的火力控制解算问题,针对高速飞行器较传统的亚音速与超音速飞行器系统响应时间短,飞行环境复杂,对火力控制模型解算要求度高等难点,提出了一种高速飞行器火力控制模型的解算方法。构建了面向高速飞行器平台的火力控制模型,并根据高速飞行器的飞行特性,使用快速模拟法结合阿基米德优化算法求解攻击区域,并反解出载机初始的指令信号。仿真结果表明,该解算方法解算精度高,控制参数少,所实现的攻击区域广,且能发挥高速飞行器较强的飞行性能。

涡轴航空发动机转速的自适应模糊控制研究

常规的涡轴航空发动机转速的自适应模糊控制技术,对发动机转速扭矩参数的调整不太精准,导致转速控制效果较差;因此,提出涡轴航空发动机转速的自适应模糊控制研究;文章首先对逻辑进行模糊化处理,得到相应的隶属度函数,对其进行模糊推理,并采用重心法进行去模糊化;将模糊子集的参数作为控制器的主要参数,形成涡轴航空发动机转速模糊控制器;再基于此,构建转速模糊控制器系统结构,以便后续对实施自适应模糊控制;最后对变化率的调整规则进行设计,将转速波动控制在较小的范围内,并建立参数调整规则表,按照模糊自整定数值关系,对发动机转速扭矩参数进行精确调整,从而对发动机转速进行自适应模糊控制;仿真结果表明,使用文章设计的方法,对涡轴航空发动机转速进行自适应模糊进行控制后,能够较好地将发动机转速控制在3000 rpm附近小波动振荡,说明该方法的控制效果较好;当阶跃干扰为10 N·m时,转速波动在11.38~17.77 rpm之间,当阶跃干扰为15 N·m时,转速波动的平均值在11.69~17.81 rpm之间,相对于对比方法均较小,说明该方法具有较好的应用价值。

热-力-电耦合下天线罩电性能仿真及分析

在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力-电共享网格模型,首先通过瞬态热仿真得到天线罩响应温度场,通过静力分析得到天线罩结构变形场。然后,将天线罩介电温漂和结构变形准确传递到其电磁仿真模型中,并采用三维射线跟踪法计算其电性能。最后通过一个典型算例对高速飞行工况下天线罩电性能的变化进行仿真和分析,结果表明电性能变化非常明显,也进一步说明了所提方法的可行性和研究的必要性。

热声载荷环境高速飞行器加筋壁板非线性振动响应特性研究

目的 针对热声载荷环境下高速飞行器排气道加筋壁板结构的大挠度非线性振动响应特性问题展开研究。方法 基于薄壁结构大挠度运动控制方程,开展了加筋壁板结构在热声载荷下的非线性响应仿真计算,给出了加筋壁板结构运动方程,分析了发生热屈曲的临界温度,并运用有限元方法进行数值模拟,计算了加筋壁板结构在不同载荷下的非线性振动响应特性。结果 模态频率的一致性在结果中得到体现。计算了多参数即结构、温度、声压级变化下壁板结构的响应变化。加筋会使壁板结构基频升高,响应降低;屈曲前随温度上升,结构基频不断降低,最低时处于临界温度附近;屈曲后随温度上升,结构基频不断升高。基频幅值在温度上升的过程中先升高后降低。声压级每升高6 dB,等效应力平均升高1.98倍,验证了响应的非线性特性。结论 结构、温度、声压级参数对加筋薄壁结构非线性振动响应有较大影响,加筋壁板结构在温度上升过程中由屈曲前稳定状态变为屈曲失稳状态,又逐步变为屈曲后稳定状态。本文所做的工作可为其他薄壁结构,尤其是加筋壁板结构的非线性振动响应特性计算与分析提供参考依据。

一种舱门限速装置行星齿轮增速器的设计

限速装置作为一种超速保护装置,广泛地应用于绞车、升降机和电梯等的超速保护中。该研究根据实际工程项目研制的需要,针对某型飞机登机门重力下放过程中超速保护的要求,设计了一种能够控制登机门下落速度的新型舱门限速装置。根据舱门限速装置的工作原理,通过对登机门的受力分析,建立了力矩平衡方程,通过理论推导获取了舱门限速装置的输入载荷。针对舱门限速装置中关键部件行星齿轮增速器研究了NGW型和NGWN型不同组合方式对其性能、轴向尺寸、零件总数及质量的影响,确定出了最优的行星齿轮增速器的结构方案。最后,采用ANSYS Workbench软件对三级2K-H行星齿轮增速器的关键零部件进行了静力学分析,得到了模型的当量应力和应变。研究结果表明,三级2K-H行星齿轮结构在减少零件总数、缩短轴向距离、静强度条件方面优于其他结构形式,为后续的实物产出和静力试验提供理论支撑。

某型航空发动机双转子系统碰摩分析及挠度抑制方法研究

针对航空发动机的碰摩故障,建立某型航空发动机转子系统三维有限元模型,进行临界转速计算、低压转子瞬态响应和双转子系统碰摩风险分析;进行双转子系统碰摩响应计算,得出双转子系统碰摩工况和位置识别;采用限位轴承进行挠度抑制。结果表明:双转子系统碰摩工况与位置符合低压转子瞬态响应与临界特性,低压转子的2、3阶临界特性受到了抑制。

终端区进场航线交叉点通行能力研究

终端区航线交叉点是空中交通运行的瓶颈,其通行能力是表征交叉点运行状态的重要指标,深入研究交叉点的通行能力,能够为进离场航线优化及航线网规划提供理论指导,并为减少航班延误提供必要的技术支持。借鉴地面道路交叉口通行能力已有研究成果,依据终端区空域结构及航空器飞行特征,创新地提出终端区进场航线交叉点通行能力定义,建立了计算模型,深入分析了航空器飞行速度、机型组合、航线夹角对通行能力的影响。以天津机场终端区为例,计算进场航线交叉点CG点的通行能力,进行了实例验证及分析。

基于DSP的航空发动机转速传感器设计

提出了一种基于TMS320LF2407ADSP的航空发动机智能转速传感器。设计了转速信号处理电路、显示电路、数字信号处理(DSP)与控制器局域网(CAN)总线接口电路和电源电路。提出采用动态分频技术的转速测量方法,并分析了其在2407ADSP上的实现,提高了转速测量的精度。实验结果表明该智能转速传感器功能强大、实时性好、精度可达0 01%,可应用于航空发动机分布式控制系统中。

针刺毡C/C复合材料磨擦制动压力和速度特性

用模拟刹车制动的摩擦试验机,研究探讨了一种针刺毡结构C/C复合材料在不同制动压力和制动速度下的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。摩擦磨损机理由磨屑经挤压、剪切堆积在表面形成的磨屑层所决定。在5m/s制动速度或静态条件下,表面温度低(<150～200℃)吸附水气未脱附,其润滑作用导致了较低的摩擦系数值;当制动速度达到10m/s,摩擦使表面温度升高,达到了吸附水气脱附温度,引起摩擦系数急剧升高,达到了最大;此后,随制动速度及表面温度的继续升高,磨屑层间剪切强度降低,导致摩擦系数随之下降。在较高制动速度下,该种材料仍能保持较高的摩擦系数,显示出优良的高温高能摩擦性能。

高速飞机红外成像特性数值模拟研究

文中建立了高速飞机红外特性的物理模型 ,在考虑飞机内部传热、气动加热和太阳、天空、地面等背景辐射以及大气衰减的基础上计算得出了飞机 8～ 14 μm波段的辐射特性。分析对比了不同飞行速度、不同探测路径等条件下飞机的辐射特性 ,并进一步利用计算结果生成了模拟的红外图像。

新型三轴离心机系统构型及数学建模

传统离心机系统一般采用高速高精度单轴转台系统,进行单方向宽范围的离心加速度精确仿真.为实现现今的航空器件对其三轴通道的大法向过载仿真,提出新型三通道离心机系统.其构型是以一台由底座和3个转动框架组成的高精度三轴转动机构,通过外主轴的速度调节,内、中两框的精确位置控制实现3个方向的飞行器法向过载仿真.在此构型基础上对三轴离心机建立数学模型,进行相关的运动学分析及理论计算.由已知x,y,z方向上的过载,通过力平衡方程反解出离心机内、中框偏移的角度以及外主轴的转速.最后通过动态仿真,进一步验证新型离心机构型的正确性和有效性.