复合式高速无人直升机飞行力学建模及操纵策略研究

双螺旋桨复合式高速无人直升机同时具备了直升机和固定翼飞机的优势,是目前高速飞行器的研究热门之一。针对双螺旋桨复合式高速无人直升机进行了飞行力学相关分析和操纵策略研究。首先,以干扰因子的方式构建旋翼对机翼的气动干扰模型,机身模型采用风洞实验数据,然后,建立该直升机的非线性飞行动力学模型。针对操纵冗余问题,提出一种操纵策略,以权重系数来分配操纵通道,通过添加平均螺距杆纵向通道,由螺旋桨平均螺距控制前飞速度。在此基础上进行配平,实现了各个杆操纵量在3个模式间的光滑过渡,从而验证了操纵策略的合理性。

排气系统内置全遮挡导流支板红外隐身方案研究

航空发动机排气系统是飞机尾向主要红外辐射源,对排气系统红外辐射的抑制是飞机红外隐身水平提升的关键。为解决末级涡轮转子红外辐射强且难抑制的突出问题,实现直流道发动机排气系统红外隐身水平的突破,本文提出一种涡轮后全遮挡导流支板概念结构,并通过数值仿真分析应用主动冷却与隐身材料措施的全遮挡导流支板红外隐身方案对排气系统的红外抑制效果。研究结果表明,本文设计的全遮挡导流支板使得末级涡轮的红外辐射贡献降低至0;壁面冷却是全遮挡导流支板最有效的红外抑制措施,平均温降300K时,最大红外辐射降幅达40.46%;处于复杂辐射环境中的全遮挡导流支板的红外抑制方案设计最优途径为在壁面冷却降温状态下进行表面发射率优化设计。

雷达引导自动着舰干扰因素误差影响研究

针对雷达引导架构下自动着舰流程,根据自动着舰典型场景与着舰引导雷达参数,详细分析了雷达引导定位的测量误差成因、误差类型、误差量级;计算得到的雷达定位测量精度与公开的AN/SPN-42雷达部分性能一致。设计了机上引导自动着舰系统架构并构建了基于F/A-18A舰载机的全自动着舰仿真,引入雷达引导误差、自动着舰系统延迟、舰尾流、甲板运动和机载传感器噪声干扰因素。通过统计着舰点偏差标准差衡量着舰性能,结合回归分析定量刻画了干扰因素对最终着舰结果的影响。结果表明,甲板运动幅度对着舰点偏差标准差具有最显著作用。

应力迭代法重构电弧增材AA7075铝合金薄壁件残余应力场研究

残余应力是影响电弧增材制造构件疲劳寿命的关键因素,传统的测量与仿真难以完整高效地分析增材构件的残余应力分布。为此基于本征应变相容原理,提出一种通过应力迭代重构电弧增材AA7075铝合金薄壁件残余应力场的新方法。该方法使用有限的残余应力实测数据与基函数构造应力分量,并使用APDL语言对ANSYS进行二次开发,将应力分量映射至有限元模型迭代重构残余应力场。结果表明,重构的残余应力场与X射线衍射法实测值、热弹塑性模型仿真值误差较小,证明了该方法用于电弧增材薄壁件的全局残余应力场重构的有效性。

进气导叶与吸波导流环气动/隐身一体化设计方法研究

针对涡轮发动机隐身需求提出了一种进气导叶与吸波导流环一体化设计方法,确定了吸波导流环主要设计参数。将涡轮发动机中的导流支板等结构替换为进气导叶与吸波导流环一体化结构,并对两种结构气动性能与隐身性能进行了计算分析。计算结果表明,相比于原型支板,进气导叶与吸波导流环一体化结构雷达散射面积(RCS)在P波段平均下降1.55dB,L波段平均下降2.70dB,X波段平均下降10.23dB,而从气动性能角度,同样压比条件下,换算流量下降约1.7%~1.8%,总压恢复系数下降约0.04%~0.1%,而进气道出口总压畸变指数下降约0.2%。进气导叶与吸波导流环一体化结构可以明显提高进气系统隐身性能,而对气动性能影响较小。

水平起降高超声速飞机气动布局技术研究

气动布局技术是水平起降高超声速飞机研制的核心技术之一。具备水平起降、重复使用、高超声速长时间巡航能力的飞机是未来航空航天飞行器发展的重要方向,飞行速度需跨越亚声速、跨声速、超声速和高超声速,气动布局设计需在全包线范围具有良好的升力、阻力和力矩特性,设计难度极大。本文结合高超声速飞机的需求,针对宽速域气动布局设计存在的问题、难点和关键技术进行分析,为高超声速飞机气动设计提供参考。

考虑熵层效应的扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

为了探究熵层对扫掠激波/湍流边界层干扰特性的影响规律,采用仿真方法对尖鳍/钝板物理模型进行研究。结果表明:扫掠激波上游的熵层厚度随着平板前缘钝化半径的增大而增加,同时边界层厚度也随着熵层厚度的增加而增加。熵层的引入并不改变扫掠激波/湍流边界层干扰固有的准锥形相似特性,也不会改变拟锥原点(virtual conical origin,VCO)的位置,仅会改变干扰形成的上游影响线和分离线的角度。扫掠激波/湍流边界层干扰形成的锥形主旋涡和角涡的尺度随着熵层厚度的增加而增大。上游熵层的引入增大了下游扫掠激波/湍流边界层干扰区的总压损失,但扫掠激波/湍流边界层干扰自身造成的相对总压损失并不受上游熵层的影响。

交流介质阻挡放电等离子体主动控制S形进气道流动分离的实验研究

S形进气道内的流动分离和二次流造成进气道出口压力损失和气流畸变较为严重,严重影响发动机的工作性能。为改善其流场特性,采用交流介质阻挡放电(Alternating current dielectric barrier discharge,AC-DBD)等离子体激励器主动控制进气道内的流场。在来流风速为10m/s,雷诺数ReD为1.35×10^(5)的工况下,探究了控制位置、布局形式对控制效果的作用规律,从流向和出口截面流场及压力分布出发,探究了主动控制的机理。结果表明,AC-DBD等离子体激励器能够提高壁面静压恢复系数,抑制流动分离并改善出口压力畸变。激励器控制位置在分离点附近最佳,且以诱导气流与来流平行的布局形式最优。在本实验范围内,出口静压系数提高了8.94%,出口稳态畸变指数降低了4.58%。其控制机理是DBD等离子体产生的诱导气流直接加速边界层运动,提高边界层抵抗逆压梯度的能力,从而抑制流动分离。同时,抑制二次流运动,降低压力畸变。

一种基于通用系统管理的容错重构技术研究

针对航空电子系统,通过通用系统管理研究了当系统中出现单点故障时的一种容错重构技术。通用系统管理采用分级故障管理,对不同级别的故障进行检测、识别和处理;对系统中的关键功能模块采用热备份的方式,当主模块发生故障时,将主模块上的任务全部切换到备份模块上去执行;对系统中的通用处理模块则采用温备份的方式,当其中一个模块发生故障时,将故障模块上的任务切换到备份模块上运行,最终降低了系统单点故障引起的失效,提高了系统的可靠性。

航空电子系统平台故障诊断技术的研究

航空电子系统高度集成化、电子化导致系统故障模式复杂,单一故障现象难以定位故障单元。针对复杂的航空电子系统的平台设备,提出多点采集、综合诊断的方式定位故障单元,使用故障模型和历史数据,对信息综合诊断,准确定位故障单元。采用机上诊断和地面诊断相结合的方式,机上诊断以定时采集的信号和自检测结果作为输入,以故障模式作为诊断依据,初步定位故障单元;地面诊断注入全方位的测试数据,结合历史数据和故障模型,准确定位故障单元。并对故障诊断模型进行验证,结果表明故障诊断模型能够准确的定位故障单元,提高了航空电子系统的维护性。

任务驱动的自组织蜂群柔性阵列波束赋形算法研究

根据无人机蜂群构型自组织调整位置和权向量能够实现波束指向特定方向的任务需求,该文提出了一种新颖的任务驱动的自组织蜂群柔性阵列波束赋形算法。首先,建立以无人机蜂群距离为约束、以无人机机载天线坐标位置及权向量为优化变量的波束赋形数学模型。接着,应用Lawson准则简化目标函数,将天线坐标位置及权向量的两类变量优化问题简化为天线坐标位置的单类变量优化,解决了波束赋形模型优化变量耦合带来的求解难题。同时,引入辅助变量,进行约束和复杂目标函数的分离,并通过交替方向乘子法进行求解,降低了包含约束的高度非线性优化问题的求解难度。此外,该文将上述算法扩展至目标方向不精确的应用场景。仿真结果表明,该方法可有效降低波束赋形峰值旁边电平。

基于深度学习的飞行载荷测试与反演方法研究

飞行载荷测试技术对飞机的载荷设计、强度试飞以及寿命监控等有重要的意义。为了实现复杂翼结构气动载荷的实时在线分布测试,提出基于精细化有限元仿真数据驱动的载荷反演方法;使用深度学习方法建立神经网络代理模型,通过有限元方法构建典型载荷下的结构响应数据集,对模型进行训练;将基于深度学习方法的翼面载荷反演结果与有限元计算结果进行对比验证。结果表明:总载荷的平均误差约为0.2%,压心位置误差约为1%,该方法可以使用少量的应变测点数据对整个翼面结构的载荷分布实时反演与重构。

航空电子系统多核资源并发访问技术的研究

航空电子系统多核、多任务随机访问共享资源引起的资源竞争和原子性违背所导致的系统死锁,这类故障很难被复现。针对航空电子系统共享资源访问问题,提出了共享资源的集中访问、统一派遣的方式。系统中有且仅有一个核上的一个任务能够访问共享资源;其他核或任务需要从共享资源中获取数据时,由负责访问共享资源任务获取数据,根据需要将数据派遣给相关任务;其他核或任务需要发送数据时,将其派遣给负责访问资源的任务,由该任务访问资源发送数据。对模型进行测试,实验结果验证了方法在解决多核多任务访问共享资源访问的可行性和稳定性。

航空电子系统的云存储技术研究

传统单服务器的分布式存储系统很难满足航空电子系统对实时性的要求,使用云存储技术可以有效提高数据的访问速度。设计了一种适合航空电子系统数据访问特征的云存储方案,用于提高数据访问的实时性。将数据分散地存储在多个服务器上,将任务依据数据存储的特征分解成多个子任务,由子任务并发访问多个服务器,从而提高数据访问的实时性。测试结果表明,多机协同的云存储系统比传统单机工作的存储系统具有更高的访问速度。

高超声速飞机总体气动布局设计特点分析

本文梳理了高超声速飞机总体气动布局的设计因素变化情况,完成了对某高超声速飞机概念方案和美国洛克希德·马丁(简称洛马)公司提出的SR-72高超声速飞机方案的分析,总结出高超声速飞机总体气动布局设计的多个矛盾点,以现有方案数据为基础,创新性地提出了综合考虑升力机制、焦点变化、动力形式变化、内部容积等因素的高超声速飞机总体气动布局的综合设计思路,提出了高超声速飞机设计的重点关注领域和关键问题,为我国高超声速飞机的研究工作提供了参考和发展建议。

航空电子系统的重构技术研究

航空电子系统采用重构技术提高系统的可靠性。传统的重构技术需对机载网络进行重构,重构流程复杂,系统开销大,重构时间长。本文设计一种基于数据订阅与分发技术的系统重构技术,采用静态网络动态配置的方式,简化了网络结构,提高了数据传输的灵活性。系统重构通过动态订阅与分发技术重新建立通信路由,无需重新初始化机载网络,系统重构流程简单,开销小,重构时间短。试验结果表明,采用基于数据订阅与分发技术的系统重构技术可实现不同模式下的系统重构,重构时间小于传统重构技术。

航空数据总线技术研究

从航空电子系统架构的发展对航空数据总线的要求着眼,对ARINC429、1553B等传统航空数据总线和1394B、FC、AFDX、TTE、TTFC等新一代航空数据总线进行研究分析,概述了各类航空数据总线的拓扑结构、工作原理、传输介质、总线带宽等特点和应用情况,对各类航空数据总线的特点及其应用场景进行了分析,归纳出了航空数据总线技术的发展趋势,明确了国内该领域的主要研究方向。TTE、TTFC等兼容高性能与高可靠业务需求的新一代航空数据总线必将成为未来航空数据总线的发展趋势。

面向IMA平台动态重构的应用状态管理设计

IMA平台的应用层动态重构技术,允许平台以最小的余量设计保证功能增长,大幅度提高了平台的灵活性,同时也使得系统的分区管理复杂,资源重构困难。针对IMA平台动态重构时,应用任务状态出现断层不连续的问题,提出了一种分区应用状态管理方法设计,以避免应用功能因此而失效。设计提出在周期任务中预设应用状态提取断点,采用异地存储的设计,在断点处将任务状态数据异地备份;应用重构后,取回任务状态数据,将应用任务状态恢复到状态迁移前的状态。设计易于实现,提高了航空电子系统应用动态重构的可靠性。

基于身份认证技术的机载FC监控节点研究

航电系统光纤通道(fiber channel,FC)网络,由于对系统网络构建时间有着严格的要求,端口通常采用隐式登录机制,物理端口上线即可通信,在追求时间效率的同时降低了网络数据安全性。为提高FC网络数据安全性,在网络应用层提出了一种基于DES加密的FC交换网络,网络节点登录需进行身份认证。结合机载网络对特定运行数据的监控需求,对基于身份认证技术的机载FC监控节点进行研究,并对加密网络的身份认证机制和网络监控节点的工作原理进行了详细设计。

航空电子系统的云计算模型研究

云技术是提高分布式系统灵活性和扩展性的关键技术,在航空电子系统中引入云技术可以降低产品研发周期和成本,但首先需要设计符合机载环境需求的云模型。在分析商用云的服务模型结构基础上,结合行业内的相关标准,给出了一种新型航空电子云模型。建立了层次化的云模型架构,包括物理资源层、本地资源管理层、资源虚拟层、平台管理层和应用功能层;采用虚拟化技术建立资源虚拟模型,隔离软件APP与硬件资源和软件环境;分布式的数据动态发布与订阅,提高应用部署的灵活性;分布式资源管理,实现资源池管理、健康监控和故障管理;分布式存储模型,提供分布式数据和文件共享能力。遵循行业标准,为应用软件提供面向服务的航空电子云计算模型,对工程实践具有一定的指导意义。