增材制造钛合金飞机结构维修件力学性能试验研究

通过对增材制造选区激光熔化的钛合金飞机结构维修件的相关性能试验研究,全面评价其工程应用的可行性。研究对照了增材制造与传统机械加工的钛合金材料与典型结构试样以及飞机结构维修件的力学性能,结果表明,增材制造钛合金材料室温拉伸、剪切、冲击性能均很优异,与钛合金板材相比各项力学性能相对误差均在10%以内;增材制造钛合金典型结构与机械切削加工典型结构相比,静强度相对误差均在5%以内,疲劳强度最大相对误差为12.9%,钛合金增材制造典型结构与机械加工典型结构力学性能处于同一水平;钛合金增材制造飞机结构维修件与高强度钢机械加工飞机结构维修件的补强效果相当甚至略优。研究表明,增材制造钛合金结构也能满足飞机维修工程的基本要求。

航空发动机涡轮后燃气温度检测系统设计及关键技术研究

航空发动机自动控制系统通过监测发动机涡轮后燃气温度,来实现对发动机涡轮前燃气温度的实时限温控制,从而避免发动机超温故障的出现。针对目前航空发动机涡轮后燃气温度测试精度偏低的工程现状,基于热电偶测温原理,提出了一种高精度涡轮后燃气温度实时检测技术的软、硬件设计方案。设计了一种基于温度校准仪的试验方法对其开展了系列试验,验证了系统的检测精度,并通过数据对比研究了延长导线规格、解算方法等关键因素对航空发动机涡轮后燃气温度检测精度的影响。

变体飞机技术应用前景与装备谱系研究

现代战斗机设计追求多任务兼顾、高速与低速飞行性能兼顾、机动性和隐身性兼顾,这些能力需求在设计中往往互相矛盾,变体飞机技术是解决飞机设计中这些矛盾的有效途径。本文从变体飞机技术出发,梳理了军用变体飞机的发展历程,分析了国外典型变体飞机的研制背景、作战任务和变体飞机技术应用情况,创新地提出了变体飞机技术在未来飞机中可变尾翼、可变布置和可变模块化组合的新型应用方式,总结了变体飞机的主战类和支援类装备应用谱系,肯定了变体飞机技术在未来飞机设计中的实用价值,提出了变体飞机技术的应用方向,为变体飞机技术未来的应用提供了参考。

基于S5000F的飞机使用阶段技术状态数据管理实施研究

目前,国内飞机使用阶段技术状态数据管理标准尚未形成,在飞机使用期间,由于技术状态数据由多个相关方管理,未能实现统筹规划,数据难以关联和追溯,影响保障工作的效率和准确性。通过对S5000F《运行数据反馈国际规范》中技术状态管理数据反馈数据规范的研究,针对飞机交付后的实际活动,提出飞机使用阶段的技术状态数据管理框架,并结合飞机故障分析场景,基于UML(统一建模语言)方法进行数据结构化设计,采用技术状态树和数据链接跟踪的方法,建立技术状态数据动态可追溯管理工具,提高故障分析决策能力。实际应用表明:本文提出的技术状态数据管理框架可行有效,可为飞机全寿命保障提供支持。

面向机载软件的预期功能安全分析验证过程及方法研究

预期功能安全(Safety of the Intended Functionality,SOTIF)关注系统与外界环境、交联设备、任务场景和操作人员交互时,由自身功能设计不足而导致的安全隐患,非常适用于具有复杂功能逻辑的系统和软件研制过程。但目前尚未见到SOTIF在机载软件安全性分析验证工作中的研究与应用,导致机载软件安全性分析验证过程难以适用于复杂失效的分析识别。因此借鉴SOTIF在汽车领域的成功应用经验,开展面向机载软件的SOTIF分析验证过程与方法研究。首先,参考ISO 21448标准,提出机载软件SOTIF分析验证框架。然后,借助功能危险分析、故障树模型、场景驱动等理论,针对过程中涉及的SO-TIF分析验证技术进行研究,识别机载系统危险,分析软件异常控制行为及其原因,构建SOTIF测试场景与测试用例,形成基于SOTIF的机载软件安全性分析验证完整闭环。最后,通过SOTIF技术在机轮转弯控制软件的典型工程应用,验证了该研究成果的有效性和可行性,形成了面向机载软件的SOTIF分析验证过程与能力,可支撑研制人员充分识别机载软件运行过程中软硬耦合冲突、人机交互异常、场景切换异常等复杂失效模式,确保机载软件满足高安全、高可靠研制要求。

基于深度强化学习的多无人机空战机动策略研究

面对敌方空中力量的来袭,具有自主协同、灵活机动能力的无人机是参与空中作战的重要力量。面向多无人机协同高制胜率的对抗作战任务需求,并根据空战目标数量划分,重点对多无人机对单目标协同空战机动策略和多无人机对多目标协同空战机动策略展开研究。本文主要分析了空战过程中的关键战场要素,基于多机机动特性,建立无人机运动模型。根据无人机火控特点,分析无人机状态变化规律,建立无人机对敌攻击模型和动态对抗模型;针对多无人机对单目标自主协同空战问题,提出基于专家规则和强化学习相结合的多机自主机动策略。仿真结果表明,所提算法可以完成态势实时变化的多机对单目标空战任务。在作战双方数量相同的前提下,若敌方不具备智能机动行为,我方制胜率为100%;即使双方采用相同的策略,如果我方数量多于敌方数量,我方仍有大的胜率,体现了协同策略的有效性。

一种基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法研究

研究了一种基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法,通过应用该方法成功实现了飞机整体油箱金属结构变形故障的修复。该方法在能量原理研究的基础上,通过研究变形修复中的结构内应力控制,在变形部位施加反向应力,使变形的金属薄壳结构恢复至原始形貌,从而达到修复变形的目的。整体油箱作为典型的金属薄壳结构,在修复过程中还需要保证气动外形、隐身功能等飞机特有的功能特性,因此,该变形修复过程需要多结构系统协调平衡、多领域综合优化。在修复飞机整体油箱这一典型金属薄壳结构变形故障的实践过程中,研究基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法,实现了对整体油箱金属薄壳结构的变形修复,对金属薄壳结构变形修复的研究具有重要的指导意义,为相关领域的变形修复提供了新的思路。

飞机高能束增材制造结构研究

轻质高效、长寿命、多功能、低成本、快速响应制造是现代飞机结构技术的发展方向,但受限于传统制造技术,一些创新的结构存在"设计得出却造不出"的问题。高能束增材制造技术的发展为新概念结构工程的实现提供了契机。基于高能束增材制造技术,针对现代飞机结构特征需求,提出了大型整体化、梯度复合化和功能结构一体化等发展方向,创建了新概念构型,开展了设计与评定方法研究,提出了基于技术成熟度的工程化验证模式。

激光直接沉积成形增材制造技术在飞机起落架上的应用研究

激光直接沉积成形对于飞机起落架制造具有"变革性"意义,具有突破规格限制、减少原材料浪费、缩短加工制造周期等技术优点,在未来飞机起落架快速试制方面具有较为明显的技术优势及应用前景。目前已突破A-100钢激光直接沉积增材制造成形工艺、性能质量控制等关键技术,试制的起落架零件已在飞机上实现领先试用,力学性能基本达到材料锻件水平。但面向该技术的推广应用仍面临着成形工艺策略、热处理控制、无损检测、构件表面强化及综合验证等关键技术的进一步突破。

ARINC661目标符号显控方式的研究与设计

针对ARINC661座舱显控系统目标符号实现方式繁琐冗余、DF开发者工作量大的问题,研究了自定义窗体部件及其参数接口,设计了一种新型显示项,可以依据DF文件中的设置信息以及UA指令中的配置信息,组合出复杂的目标符号。仿真显示试验表明,该设计合理,运行可靠,在不增加CDS内存占用率和通信指令的基础上,大大减小了预定义符号库以及DF开发者的工作量,同时也便于后期维护。

飞机大迎角飞行问题研究综述

近距格斗在未来的空战格斗中仍不可避免,大迎角下精准且快速的机头指向能力是空优战斗机必须具备的基本特征,对提升飞机本身的生存能力和夺取制空权具有重要意义。本文根据国内外战斗机的大迎角飞行特点,对大迎角气动特性、风洞试验方法、气动力建模方法、非线性飞行动力学特性分析方法、大迎角控制律设计、飞行试验等方法进行了综合论述,对未来大迎角飞行问题的研究方向进行了展望。

基于FlexRay总线的机载公共设备管理计算机设计

针对传统机载公共设备管理计算机可靠性提升与小、低、轻的设计需求,提出一种基于FlexRay总线的高可靠、模块化系统架构,规划了基于FPGA与MFR4310的通用FlexRay总线通信单元的软硬件方案,完成了CPU模块与接口功能模块的软硬件设计,并搭建公共设备管理计算机测试环境。测试结果表明:基于FlexRay总线架构的新型公共设备管理计算机,可大幅提升功能模块间数据通信的可靠性与时间确定性,减小了产品的体积重量,为公共设备管理计算机功能与性能提升提供了有效的解决方案。

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。

3D打印飞机颤振风洞试验模型设计与应用

颤振风洞试验是飞机气动弹性设计中的必要手段,随着先进飞机对气动弹性品质要求的不断提高,通过颤振风洞试验进行快速结构选参的需求更加迫切,为实现多样化的变参设计需求并压缩模型设计、制造周期,探索并发展了一种基于3D打印技术的低速颤振模型设计方法。针对某机翼变刚度低速颤振风洞试验要求,采用3D打印结构相似颤振模型方案,通过可拆卸蒙皮设计实现模型局部刚度可变,完成了模型结构设计、综合优化、制造和风洞试验,研究了机翼颤振耦合机理和局部刚度对颤振特性的影响,验证了3D打印颤振模型设计方法的可行性和有效性。

保障设备功能需求的综合设计方法及流程研究

在飞机全寿命周期内,保障设备的功能要满足飞机使用与维修、停放与保管、失事救援和转场运输等各种活动的需求,因此对功能需求的综合化设计是保障设备规划中一项重要工作。本文研究如何将保障设备的功能需求进行综合化设计的基本方法及流程,为保障设备规划与设计工作提供参考。

飞翼飞机嵌入式大气数据系统算法研究

为适应新型作战飞行器平台高隐身、高超声速、高机动性等方面的需求,嵌入式大气测量技术不断发展。分析对比类球头集中式和飞翼飞机分布式两大类嵌入式大气数据传感(FADS)系统的研究情况及差异性。针对高隐身的飞翼布局飞机,以类X-47B飞机气动外形为研究对象,参考其测压点选位布局,开展了FADS算法模型的研究,提出一种适合工程应用的飞翼布局飞机FADS算法模型。算法采用最小二乘法拟合流场样本数据,通过迭代计算解耦各大气参数。仿真验证表明:该算法具有较高的解算精度,且迭代计算稳定收敛。

基于当量应力损伤的飞机结构耐久性分析方法研究

针对飞机结构实际使用的载荷历程偏离耐久性评定试验载荷谱情况下的耐久性分析需求,建立了疲劳关键部位耐久性损伤程度的当量应力损伤计算方法,通过构建不同载荷谱下的结构耐久性损伤关系,得到了结构疲劳关键部位在不同载荷谱下的等效应力;结合耐久性分析的概率断裂力学方法,建立了一种基于当量应力损伤的耐久性分析方法。该方法已成功应用于某新型飞机疲劳关键部位的耐久性设计分析,具有重要的工程应用价值。

基于双树复小波变换—最大熵谱估计和参数优化概率神经网络的齿轮箱故障诊断研究

齿轮振动信号具有非平稳性和非线性的特点。为了准确提取其故障特征并进行故障诊断,提出一种基于双树复小波变换(DTCWT)-最大熵谱估计(MESE)和惯性权重线性递减粒子群优化(LDWPSO)算法-参数优化概率神经网络(PNN)的齿轮故障诊断方法。首先,利用DTCWT把状态已知的齿轮振动信号分解为不同频带的模态分量。其次,采用MESE得到每个分量的最小偏差频谱估计,计算出不同频段的能量熵作为故障特征矩阵。然后利用LDWPSO算法寻找出最优神经网络参数——平滑因子。最后,将故障特征矩阵输入优化后的PNN模型,建立起故障特征和齿轮运行状况之间的数值化映射关系,进而完成齿轮故障诊断模型。经试验数据分析表明,采用提出的DTCWT处理齿轮的振动信号,并引入MESE处理关键分量,可以提取稳定的信号特征并降低噪声干扰。另外,相比于传统的PNN,基于改进的PNN的齿轮故障状态的数值化判别具有更高的诊断精度和稳定性。

高机动变体飞机总体参数设计

变体飞机作为一种新概念飞行器,涉及气动、结构、材料、控制等多学科,是先进飞行器重要发展方向,其开创性地应用各种新型变形技术,实现飞机构型与飞行环境、飞行状态、作战任务相匹配,最大限度发挥构型优势,具备传统飞机无法实现或者无法以同等性能实现的能力。变体飞机在拓展作战飞机能力边界的同时也提升了设计难度,尤其是针对高机动作战类变体飞机的总体参数设计。从变体飞机的性能优势与技术推动两个方面阐述变体飞机发展的必然趋势;从战技指标高、性能约束耦合复杂及初始数据要求繁多且精确三个角度分析了变体飞机总体参数设计阶段面临的问题及难点;梳理了变体飞机总体参数设计流程、初始参数选择方法、空战类飞机常用性能约束条件及设计点选择分析方法,之后通过尾翼变体飞机总体参数设计实例,验证总体参数设计流程,选取总体参数组合满足总体指标要求;最后给出变体飞机总体参数设计后续工作与思考。

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。