民用飞机科研项目后评价方法研究

科研项目后评价有助于提高科研经费使用效益、优化科研资源配置,可作为后续相关科研项目立项的参考依据。本文通过对科研项目评价方法及理论的梳理,构建民用飞机领域科研项目后评价方法体系,并以航空企业技术类科研项目为例,提出了具体实施方法,为航空企业提高科研管理水平提供了理论基础。

现代民用飞机中央翼盒后梁框的设计思路

翼根连接是飞机结构设计的重要环节之一,后梁框是翼根连接后梁的主要承力构件。本文通过介绍翼根连接主要载荷传递、材料和工艺选用原则以及三种典型的翼根连接后梁框结构方案,为后续民用飞机翼根连接后梁框的设计提供参考。

大型民用飞机概念方案气动弹性综合分析方法研究

现代大型民用飞机在概念设计阶段需要对机体弹性的影响进行充分考虑。本文利用气动和结构各自学科的工程方法对大型民用飞机概念方案进行气动弹性建模与计算,利用全速势方法进行初步气动载荷分析,利用亚声速偶极子格网法进行非定常气动力的计算,利用梁架模型和刚度缩比方法对结构进行初步建模,利用统计方法计算得到各结构部件的分类重量并在结构模型中完成质量分配,形成可用于概念方案阶段静气弹载荷分析、颤振分析的气动弹性模型,并以大型民用飞机为算例进行分析研究,得到结构弹性对于全机气动特性、变形以及颤振特性的影响。

先进复合材料在航空发动机外部管路中的研究进展

航空发动机外部管路系统是保证发动机正常运转的必要结构,目前外部管路主要使用的原材料有不锈钢、钛合金和镍基高温合金等金属材料。近年来,随着树脂基复合材料的不断发展,复合材料结构的耐温性、成型性、可靠性等性能均有了明显提升,在一些民用客机和发动机上逐渐替代原有的金属异形管路,极大限度地满足了管路系统在高性能、轻量化、一体化成型等方面的需求,展现出了良好的应用前景。本文针对航空发动机外部管路现状、复材管路应用前景、复材管路的选材和成型工艺的选择、以及复材管路适航符合性验证等方面进行了分析、综述和展望。

能量角概念在飞机飞行控制系统中的应用

能量角概念已经应用在民航飞机的空速保持和飞机着陆进近阶段产生低能量告警信号等方面。介绍了能量角的定义,利用能量角概念设计的空速保持控制算法的原理,以及利用能量角产生低能量告警信号的方法。作为能量角概念的进化,还形成了基于总能量控制的飞行控制系统。与传统飞控系统相比,基于总能量控制的飞行控制系统具有架构简单、易于移植、飞机速度控制和高度控制耦合小的优势,其应用还有进一步拓展的可能。

基于风洞试验和CFD仿真的350km/h高速铁路飞砟研究

研究350 km/h高速列车作用下,有砟道床表面流场和空气动力特性、道床断面形式对飞砟问题的影响以及小粒径单个道砟的风动特性。构造有砟轨道钢轨—轨枕—道床半边模型并进行风洞试验,同时利用k-ωSST双方程湍流模型和不可压缩三维定常雷诺时均方程(RANS)进行CFD仿真分析。研究结果表明:轨枕盒内部风压存在由正变负的现象,降幅约为300 Pa,最大负风压出现在轨枕背风面和端部,约为-400 Pa;道床中心处负风压大、风速高且相对稳定;距离道床表面越远,负压越大;钢轨附近风压波动大,外侧负压小于内测负压;钢轨两侧轨枕盒内风速变化大且产生小幅度空腔涡流和明显后台阶流动效应;负风压随砟肩堆高增加而增大,50 mm的砟肩增高会引起2%~5%的负风压增幅,为在防治飞砟的同时兼顾轨道结构稳定性,砟肩堆高宜选用100 mm;降低道床顶面位置对其表面风场特性无显著改善,但可减少道砟落在轨枕表面的概率;道砟颗粒在风荷载作用下先发生颤动再发生滚动,轨枕表面、轨道中心和砟肩部位道砟更易发生移动,为防治飞砟应及时清理轨枕表面道砟。

机械连接中螺栓轴向力的测试方法研究

在总结近年来机械连接结构中螺栓轴向力测试方法的基础上,针对基于应变测量方法中应变导线出线困难且在小载荷段测量不准确的缺点,提出了一种螺栓连接结构中轴向力的测试方案。对螺栓中应变片布置方案和测量段的结构进行了设计,制造了能测量轴向力的螺栓。用连接试验分别对此测力螺栓的轴向力–应变关系的线性和重复性进行了测试研究,并将标定的测力螺栓的测量结果与轴向力理论计算结果、预紧力工程算法的计算结果进行了比较。结果表明:测力螺栓的轴向力–应变关系具有良好的线性相关性和重复性,满足作为测试设备的要求;测量结果与螺栓的理论计算结果吻合,而用预紧力工程算法计算的螺栓轴向力存在较大误差,且比实测值大。

确定飞机结构WFD平均行为的寿命升降法

广布疲劳损伤(WFD)问题严重威胁飞机结构的完整性和安全性,为确定支持飞机结构广布疲劳损伤评定和维修大纲的有效性限制,需要先确定飞机结构的广布疲劳损伤平均行为。以疲劳应用统计学中强度升降法的理论为基础,提出了确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法,在不同寿命级上进行疲劳试验,继而进行剩余强度试验,判断剩余强度是否满足要求,当相邻2个寿命级上出现相反结果时,取2个寿命均值为正好满足剩余强度的寿命,重复试验并统计分析得到广布疲劳损伤平均行为。以5细节多部位损伤结构为例,采用提出的寿命升降法,测得了其在指定载荷条件和剩余强度下的广布疲劳损伤平均行为。提出的寿命升降法以疲劳可靠性为理论基础,不依赖于结构的具体形式和受载情况,对多部位损伤和多元件损伤结构均适用。

全球大型商用飞机制造供应链企业调查与评价

为从全球的、行业整体的角度明确大型商用飞机制造供应链整体形态,本文尝试收集全球大型商用飞机制造供应链上近百家各类企业数据资料并开展统计评价。从供应链层级角度对企业分类,从核心企业特征角度拟定统计指标,采用回归填补法对部分缺失数据进行完备化,借助主成分分析法对样本企业进行综合评价。针对样本企业的调查和综合评价结果显示:主制造商处于大型商用飞机制造供应链的核心,与这类企业存在采购供应关系的其他层级上的企业往往是层级上综合排名靠前的那些企业;发动机制造企业在整个供应链上的地位仅次于主制造商;大部件制造商、机载设备制造商和原材料制造商等层级企业数量多、在实力方面表现为两极分化;而标准件制造商处于大型商用飞机制造供应链的一般地位。

飞机作动器连杆光纤光栅载荷校准方法

结构状态评估技术可为飞机活动面载荷试飞提供监测手段,以验证载荷设计方法和分析数据是否有效,并可为活动面安全性确认和结构设计优化提供最直接的数据参考。传统的应变片测量方法在低温环境下的测试不稳定性可能会导致采集数据异常,使飞行载荷实时监测及精度保证成为型号试飞的一个难题。本文利用光纤传感器低温测试性能较稳定特性,结合理论分析、有限元仿真计算及试验验证,建立连杆结构在拉、压载荷工况下的应变-载荷关系模型,并提出一种基于光纤光栅传感器的作动器连杆应变-载荷校准方法。同时,针对作动器连杆结构典型承载形式与载荷辨识工况,给出光纤光栅传感器优化布局方法。研究结果表明,本文中建立的基于光纤光栅传感器的应变-载荷反演方法有效,能够满足民用飞机典型作动器连杆结构应变监测及载荷反演需求。

复合材料在大飞机主承力结构上的应用与发展趋势

大飞机的主承力结构件采用复合材料制造已成趋势,介绍了波音公司、空客公司和中国商飞等民机主制造商在飞机主承力结构上应用复合材料的情况。目前,复合材料主承力结构件具有大型化和整体化的特点,已从预浸料手工铺贴和自动铺带转向纤维自动铺放技术。以复合材料液体成型技术为代表的非热压罐工艺以低设备投入、低能耗、低制造成本、易于复杂型面成型和整体化成型的优势逐渐得到了重视。

民机飞发集成构型中机翼多目标优化设计

利用超级计算机资源求解雷诺平均N-S方程(RANS),计算评估大量外形方案性能,在可接受的时间周期内完成民机飞发集成构型下机翼多目标优化设计。搭建了集成机翼CST参数化、复杂外形网格变形、快速CFD流场解算和自动后处理等关键环节,用遗传算法全局寻优的优化系统。合理的流程设计使该系统可在"天河2号"超级计算机上同时对数百个方案实施计算评估。在并行计算、加速收敛等技术的综合运用下,使用包含800万单元的多块结构化网格,对NASA CRM (Common Research Model)机翼/机身/短舱/吊挂构型的计算分析可在15min内结束。在3点3目标优化案例中,用90个设计变量表达CRM机翼9个控制剖面的中弧线和扭转角,60h内完成了超过10000个外形方案的计算分析,遗传进化40代。与初始外形相比,PARETO前缘上选择的最优解的各设计点取得了2～10count(1count=阻力系数0.0001)的减阻效果。

考虑壁板刚度匹配的大型飞机复合材料机翼气动弹性优化设计

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。

民用航空运输业低碳化发展战略研究

碳达峰、碳中和战略目标进入了实施阶段,给处于快速发展期的民用航空(民航)运输业带来了新的压力与挑战,相应碳减排策略研究获得国内外高度关注。本文梳理了国际民航(主要指商用飞机)运输业低碳化发展的形势与要求,研判了我国民航运输业低碳化发展的宏观形势、发展现状和面临问题,提出了相应发展目标和基本思路。通过行业规划、产品创新、低碳能源、航空公司运营等方面的共同努力,到2060年我国民航运输业将如期实现碳中和,全面形成绿色低碳的发展格局。技术创新是推动民航运输业低碳化转型的核心驱动力,建议布局低碳商用飞机产品研发和关键技术攻关、加快推进可持续航空燃料的市场化应用、发展智慧航空以促进低碳运营,从而促成我国民航运输业高质量发展。

AR增强装配中的跟踪注册方法研究与应用进展

增强现实(augmented reality,AR)可将虚拟辅助信息以合适的位姿叠加在实际作业现场,实现“所见即所操作”的智能装配指引,缓解传统基于图纸装配中工人识图困难,易出现的错装、漏装等现象。其中装配现场环境下稳定的跟踪注册,是实现增强装配可视化指引中虚实融合的基础,也是现有增强装配在实际应用部署中的关键问题。为此,针对国内外在AR增强装配辅助中跟踪注册方面的研究与应用成果,系统分析了基于视觉、基于传感器和混合式三类不同增强装配跟踪注册方法的研究现状,总结了现有AR增强装配辅助中跟踪注册方法存在的局限及应用发展趋势,对后续AR智能装配系统构建和研究具有借鉴意义。

鸭翼对BWB飞机低速纵向气动特性的影响

采用近距鸭翼的概念以解决翼身融合布局(BWB)飞机低速低头力矩过大问题,通过对带有不同安装位置和平面形状鸭翼的BWB飞机开展数值模拟研究,分析低速下鸭翼影响BWB飞机气动性能的流动机理,以及升力和力矩方面的收益。研究表明:在大迎角下,鸭翼使BWB飞机内翼段在涡核破裂后仍能形成稳定的集中涡并保持较高强度,增加BWB飞机本身的失速迎角,提升了该布局大迎角下的升力以及抬头控制能力;且鸭翼对BWB布局飞机气动性能的影响与鸭翼位置及其形状紧密相关,相对位置较高的鸭翼可以与BWB飞机本体之间产生更为有利的干扰,达到增升与抬头效果,而鸭翼后掠角越小,越有助于提升BWB飞机的纵向操纵及配平能力。该研究成果可为BWB飞机在未来民机领域的预研和发展提供一定的理论参考。

基于结构健康监测的飞机结构MSG-3分析

结构健康监测(SHM)技术被广泛引入到了飞机设计与维护,本文依据现阶段SHM技术的发展现状,将SHM技术与MSG-3分析思想融合,制定了一种针对采用SHM技术飞机结构的计划维修分析流程。

大型飞机增升装置技术发展综述

高效的增升装置是现代大型飞机研制中的关键技术之一。详细介绍了增升装置的原理和现代大型飞机常用的增升装置类型及其支撑与驱动机构。增升装置设计是一个多学科多目标的问题,从气动性能要求、噪声要求和结构重量要求几个方面介绍了增升装置的设计目标。研究了增升装置的发展历程和气动计算与实验方法,最后提出了增升装置的发展趋势和新技术。

民用客机短舱进气道唇口抗鸟撞试验研究与仿真分析

为了研究民用客机短舱进气道结构的抗鸟撞性能,本文针对复合材料层合板结构的短舱进气道开展了鸟撞试验研究,试验研究结果表明:短舱进气道结构出现了唇口与搭接带板铆接处发生撕裂、唇口与前墙连接处紧固件发生拉脱、前墙与内外壁板连接处发生凹陷变形、进气道外壁板出现裂纹等损伤。此外,采用PAM-CRASH软件对短舱进气道结构进行鸟撞试验的有限元仿真验证,数值仿真结果表明:鸟体撞击模式、撞击过程、唇口结构损伤形貌、进气道前墙以及内外壁板上的应变与试验结果基本一致,表明建立的鸟撞数值仿真模型能够较好地模拟短舱进气道唇口的变形和失效行为。鸟撞试验及数值仿真分析研究结果表明短舱进气道唇口尽管损伤严重但前墙未被击穿,验证了结构的抗鸟撞性能。该研究所得结果可为短舱进气道的结构设计提供参考。

飞机复合材料的先进无损检测技术

先进复合材料具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点,正逐渐成为新一代民用飞机的主要结构材料。但在制造过程和服役过程中复材结构不可避免地会形成缺陷,无损检测作为产品缺陷检测和质量评价的重要手段,为构件的安全使用提供了保障。本文阐述了检测复合材料损伤的各种先进无损检测技术,并对其应用在民用飞机复合材料构件损伤检测的优势和局限性进行分析和探讨,指出原位化、自动化和智能化是无损检测技术未来的发展方向。