基于线性回归及BP神经网络的RAT最大释放冲击载荷预测研究

冲压空气涡轮(Ram Air Turbine,RAT)最大释放冲击载荷是飞机结构设计重要参数。当前RAT释放冲击载荷的试验仅试飞或高速风洞试验可以得到,寻找一种有效的RAT最大冲击载荷预测方法很有必要。通过分析得到RAT最大释放冲击载荷的影响因素与飞行高度和飞行空速有直接关系,采用线性回归及BP神经网络研究飞行高度和空速对RAT最大释放载荷的影响,并从平均绝对误差及均方根百分误差进行评价。研究将试验及仿真结果作为训练样本,训练完成后将已知输入层参数输入后预测RAT最大释放载荷。对比预测最大释放载荷与试验结果,线性回归预测值平均绝对误差及均方根百分误差小于10%,BP神经网络预测值平均绝对误差及均方根百分误差的平均值小于5%。

POD算法在飞机RAT舱温度预测中的应用研究

冲压空气涡轮(RAT)系统是飞机的应急发电系统,在飞机失去主交流电源后为飞机供电,RAT平时回收在非气密区的RAT舱内,在应急工况下释放到气流中。RAT舱温度很大程度上决定了RAT的释放时间,进而影响飞机在应急工况下的安全性,RAT舱的温度预测对于应急供电下的安全性具有重要意义。通过本征正交分解(POD)将RAT舱温度与高度、大气静温、飞行速度、RAT舱周围舱温度作为模型整体进行统一分析,并通过RAT舱温度简化模型及简化模型与完整模型的映射关系,选取试验数据作为样本数据,利用POD算法进行RAT舱温度预测。结果表明:1阶模态占据所有模态的比重超过99%,归一化处理后预测结果的平均绝对误差最小可达到0.063,均方根误差最小达到0.07;POD算法可以在样本数据基础上,通过模态重构有效预测RAT舱的温度信息。

RAT释放过程多体运动学研究

冲压空气涡轮(RAT)系统属于飞机应急能源,当飞机失去主、辅动力时,可为飞机提供应急电能和液压能。基于某类冲压空气涡轮运动机构的几何、运动约束关系,建立了RAT的通用运动学模型;使用Matlab程序计算RAT释放过程中关键铰点的轨迹、速度和加速度;对RAT关键设计参数进行敏感性分析,研究了收放作动器和舱门连杆安装位置对RAT执行机构运动特性的影响;运用LMS Virtual.lab Motion平台搭建了该类RAT的多体模型。通过计算对比可以发现:所建运动学模型的计算误差在5%以内。

基于Modelica仿真的RAT作动筒故障原因分析

冲压空气涡轮(Ram air turbine,RAT)作动筒属于飞机应急备份系统的一部分,故障检测数据少;且由于其属于机电液混合的复杂系统,故障原因隐蔽,因此难以确定导致RAT作动筒故障的原因。针对以上问题,提出了基于Modelica仿真的RAT作动筒故障原因分析。首先,根据RAT作动筒的结构和工作原理建立其Modelica模型,并结合试验数据验证模型的准确性,在两种工况载荷下的误差分别为5.3%和6.3%;然后对模型中重要部件的主要参数进行参数扫描,针对RAT作动筒的无法解锁和展开时间不达标两类故障找到共计4个根原因,并且确定了故障发生的临界条件;最后提出了在用户对RAT作动筒进行检查的建议,通过对弹簧弹力、泄漏流量、阻尼孔和配合表面的简单检测就能判断作动筒的健康状况,为RAT系统作动筒的故障分析和健康监测在工程中的应用提供了参考。

基于Modelica的RAT作动机构仿真及设计参数优化

作动机构是保证冲压空气涡轮(ram air turbine,RAT)系统正常启动和工作的关键,为提高RAT系统作动机构的可靠性,提出一种基于多领域统一建模语言Modelica的RAT作动机构仿真建模及设计参数优化方法.基于实际使用案例建立故障树,明确导致作动机构主要故障模式的组件;采用Modelica语言对RAT作动机构进行仿真建模,对比实际使用情况,验证模型正确性,模型误差约为3.78%;针对相关组件的设计参数对作动机构展开时间和末端速度的敏感性分析,得出主要影响参数;为避免液压油压力过大造成泄漏,在满足作动机构展开时间及末端展开速度约束的前提下,以确定液压油峰值压力最小时的设计参数为目标,仿真得到最优参数设计值.研究成果可为中国RAT正向设计提供参考.

一种获取飞机RAT带载能力的试飞方法

飞机RAT的实际带载能力不仅取决于飞机空度,而且受到飞行姿态的制约,很难用理论公式准确推算。提出了一种飞行试验方法,分析特定的试飞测试数据,可获得飞机RAT的实际带载能力。试验包括RAT平飞带载和RAT侧滑带载两部分试飞。通过RAT平飞带载试验,得到不同重量下的RAT空速与飞机空速的关系曲线;通过RAT侧滑带载试验,可得到不同侧滑角飞行下RAT空速与飞机空速的关系曲线。结合试验结果,可以确定飞机在任意重量和飞行姿态下的RAT空速,进而获知RAT实际带载能力。

基于AMESim的液压模式冲压空气涡轮系统仿真研究

冲压空气涡轮系统(Ram Air Turbine, RAT)是飞机应急能源系统,紧急情况下为飞机提供应急能源,用于飞机的操控。在分析涡轮调速机构原理基础上,建立了涡轮部件调速机构的动力学方程,并在AMESim中建立了涡轮部件仿真模型。分析了RAT液压泵的原理,结合柱塞液压泵调压、卸荷原理,建立了RAT液压泵的动力学方程,并在AMESim中建立RAT液压泵仿真模型。在涡轮部件和RAT液压泵模块基础上,建立液压模式RAT系统仿真模型,分析了液压模式RAT的性能,为液压模式RAT的设计和分析提供了一种方法。

液压模式冲压空气涡轮系统联合仿真研究

冲压空气涡轮系统(RAT)是飞机的应急能源设备,在相对气流的作用下为飞机提供应急能源。为研究液压模式RAT启动性能、动态调速新能及应急能源输出特性,分析液压模式RAT工作原理,分别在Motion和AMESim环境中建立液压模式RAT的动力学模型和液压仿真模型。通过构建两模型之间的接口文件,建立了液压模式RAT的联合仿真模型,实现了动力学与液压的联合仿真。仿真结果与理论分析一致,验证了联合仿真方法的可行性,为液压模式RAT的设计和仿真分析提供了一种方法。

高速飞行器空气涡轮发电系统仿真与评估

针对高速飞行器的高空发电问题,提出了一种以高温高压的冲压空气作为工质的预冷-两级膨胀的空气涡轮发电系统。采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器空气涡轮发电仿真模型,对空气涡轮发电系统进行性能分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。结果表明,高速飞行器在飞行高度30 km和飞行马赫数为6的飞行条件下,发电系统所需冲压空气0.0945 kg/s,在换热器处与JP-7燃油充分换热,使得涡轮前冲压空气温度降低至1196.36 K,保护涡轮不受高温损伤,同时发电系统可以稳定输出28.2 kW电量供用电系统及用电设备使用,此外,经换热后的燃油进入发动机,在很大程度上提高了系统的经济性。

冲压空气涡轮气动设计及其规律研究

冲压空气涡轮是飞机的应急动力装置。依据叶素动量理论对冲压空气涡轮叶片进行气动设计,对设计的冲压空气涡轮进行计算流体力学仿真,研究了来流速度、安装角与冲压空气涡轮输出功率的关系,不同偏航角对冲压空气涡轮性能的影响及评估方法,绘制冲压空气涡轮输出功率随来流速度、安装角的变化曲线。研究发现,偏航角小于15°时,冲压空气涡轮的性能下降满足cos 3γ评价法则,但随着偏航角的增大,这个法则不再适用。

冲压空气涡轮系统辅助功能分析及应用

冲压空气涡轮系统是飞机的应急能源设备,应急状态下可为飞机提供应急液压能/电能。冲压空气涡轮系统的辅助功能可有效配合其主功能,提高系统性能,增加冲压空气涡轮系统使用、维护过程的安全性等。针对国内多型冲压空气涡轮系统研制需求,总结了国内外冲压空气涡轮系统的主要辅助功能,并分析了辅助功能的典型实现方式,为冲压空气涡轮系统的需求分析、方案设计提供指导。

冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟

冲压空气涡轮(RAT)是飞机应急能源系统的能量提取部件,涡轮叶片设计和气动性能研究是实现风能高效利用的关键。针对某型飞机应急能源系统的功率需求,依据叶素-动量理论设计RAT叶片,采用计算流体力学(CFD)方法以多重旋转坐标系(MRF)模型模拟可变桨距RAT全三维混合流场,研究涡轮输出功率和风能利用系数随来流速度和飞行高度变化特性,分析涡轮叶片上流体压力和流速分布特点。结果表明:RAT输出功率和风能利用系数随来流速度和桨距角而变化,飞行包线内不同飞行高度下RAT具有不同的动力性能;通过调整桨距角可以实现RAT的恒功率输出;整个流场流动状况比较理想,但仍有改进空间。

冲压空气涡轮泵的温控节流孔计算方法

冲压空气涡轮(RAT)泵将涡轮输出的机械能转换为液压能用以操控飞机舵面,其快速起动是飞机安全的最后保证。长时间处于低温大气环境,液压油的高黏性阻碍了液压泵的快速起动,将飞机主液压系统的高压油液引入RAT泵是解决该问题的有效方法。本文以RAT泵为研究对象,探究RAT泵的最小温控节流孔计算方法。首先,阐述RAT泵待机状态下通过温控节流孔保温原理,提出温控节流孔的孔径计算方法;其次,建立RAT泵热力学模型,推导温控节流孔的孔径计算公式;然后,基于MATLAB平台搭建RAT泵温控系统热力学模型;最后,通过仿真计算,由仿真结果验证本文所提出的温控节流孔计算方法的正确性,且节能效果显著。

可调桨距冲压空气涡轮气动特性实验与数值分析

冲压空气涡轮风洞实验主要目的是采用相似准则,模拟空中加油工作状态,测量涡轮输出功率,分析涡轮气动特性。实验分别使用励磁发电机和加油泵作为测功器,通过调桨变距并测量最大输出功率。气动特性实验表明在风洞气流速度比加油机最小飞行速度低16%的条件下,冲压涡轮输出功率即可满足加油需要。论文还采用高数值稳定性代数Baldwin-Lomax湍流模型模拟冲压涡轮全三维混合型流场,分析流场主要气动特性,讨论桨叶表面载荷的分布。数值模拟结果显示在冲压空气涡轮桨叶近轮毂区域需要进一步优化。

亚音速涵道式冲压空气涡轮性能数值仿真

空中加油吊仓多采用"涵道式冲压空气涡轮"(Ducted Ram Air Turbine,以下简称DRAT)作为动力装置。空气涡轮性能的优劣直接影响DRAT的工作性能。为了对吊仓飞行高度以及飞行表速对空气涡轮性能影响进行研究,找到减少涡轮流动损失,提高系统的输出功率和效率的方法。采用NUMECA软件对涡轮流动进行叶轮机械数值仿真,对涡轮飞行包线内性能变化进行分析,得到了涡轮在飞行包线内的最小功率点和对应的最小功率,并通过对空气涡轮性能分析,建立一套关于空气涡轮性能的可行和实用的数值仿真方法。

冲压空气涡轮性能的局部改进升力线算法

将现代螺旋桨的改进升力线算法应用于冲压空气涡轮性能计算，结合冲压空气涡轮结构特性对叶片模化作了局部改进．对一个冲压空气涡轮模型作了计算，与实验结果和改进升力线法的对比表明，局部改进后的叶片环量和诱导速度分布合理，计算精度和宽度有明显改善，与实验符合较好．

半刚性尾涡在冲压空气涡轮性能计算中的应用

与Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ假设一致的刚性尾涡是螺旋桨升力线（面）计算中的常用模型，适于轻负荷工况，但在较大负荷工况时则有一定的误差．与Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ假设一致的半刚性尾涡将Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ尾涡推广至较大负荷工况．对Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ尾涡模型应用于冲压空气涡轮升力线计算进行了探讨，对一个模型冲压空气涡轮作了计算，给出了涡距、诱导速度、环量及叶素风能利用系数，其分布趋势合理，风能利用系数与实验值符合的较好．

飞机冲压空气涡轮系统液压泵的卸荷方法

为解决飞机冲压空气涡轮系统(RAT)在低速时启动困难的问题,保证RAT快速完成从启动到正常工作,防止RAT涡轮停转,提出了RAT液压泵的三种卸荷方法,对卸荷机构原理以及基于AMESim的动态特性仿真进行了分析,并进行了性能试验验证。结果表明,三种卸荷方法均实现了小负载扭矩启动,卸荷时出口压力均为低压力;旁通阀卸荷流量为全流量,卸荷损失功率最大,最大冲击瞬时压力最高,适用于排量较小的RAT液压泵;内控恒压卸荷从卸荷阶段过渡到恒压变量阶段调节时间最短;结构上,旁通阀卸荷机构最简单,内控恒压卸荷机构最复杂。

10kW冲压空气涡轮叶片的气动设计与数值模拟

基于Wilson理论方法,采用MATLAB编程仿真软件作为优化工具,对冲压空气叶片进行设计,计算出冲压空气涡轮叶片24个截面处的弦长和安装角,通过多项式拟合进行修正,利用Solid Works三维实体建模。运用NUMECA对模型进行数值模拟,分析不同安装角和风速下其输出功率,得到5种安装角下风速-输出功率的曲线图,并分析了设计工况下的叶片静压分布,以及不同叶高处的速度矢量图。

升力面方法在冲压空气涡轮性能计算中的应用

应用现代螺旋桨升力面元方法计算冲压空气涡轮的气动性能，叶片采用单层涡模型，尾涡采用与Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ假设一致的刚性尾涡，将螺旋马蹄尾涡视为开口涡环以便于编程。对一个模型冲压空气涡轮作数值计算，在小负荷和较大负荷工况下风能利用系数均与实验值符合的较好，涡元控制点的诱导速度和环量分布合理。