基于MBSE的民机飞行控制系统架构设计

基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)已被广泛应用于复杂系统设计之中。通过构建功能、行为和结构之间的关系,提出一种基于MBSE的多层级递进式架构设计流程。随后,以高度控制需求为导向,对民机飞行控制系统进行了示例化建模。结果表明,基于MBSE的民机飞行控制系统多层级递进式架构设计能够充分发挥数字模型可重用的优势,保证需求与功能、逻辑和物理架构的紧密结合,提高系统设计的可追溯性,可为后续领域层阶段模型设计提架构参考。

考虑机翼尾流影响的运输类飞机后体气动外形优化设计（英文）

在某典型运输机翼身组合体的构型上,进行了考虑机翼尾流影响的机身后体气动外形优化设计研究。基于翼身组合体构型建立了考虑尾流影响和部分工程约束的优化设计系统,并对后体构型在巡航状态下进行了优化设计。以比较适合描述后体变形的NURBS样条基函数为空间控制体属性引入FFD自由变形技术,通过在FFD控制框架对该运输机后体进行了空间属性构建。采用无限差值动网格技术提高空间网格的更新效率并保证网格质量。利用改进Kriging代理模型、量子粒子群优化算法提高优化效率和全局寻优能力。为减小巡航阻力,对某运输机后体的上翘角、截面形状等参数进行了优化设计,优化结果显示,设计后的机身气动特性明显提高。

柔性扑翼气动结构耦合特性数值研究

微型扑翼体积小、重量轻,其柔性变形对气动特性有显著的影响。通过求解雷诺平均N-S方程(ReynoldsAveraged Navier-Stokes,RANS)和结构动力学方程,对微型柔性扑翼飞行器的气动结构耦合特性进行了数值模拟研究。针对微型扑翼的大幅运动,发展了适用于扑翼的气动结构耦合数值计算方法,研究了微型扑翼的气动结构耦合特性。通过求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程得到微型扑翼的非定常气动特性;利用哈密顿原理(Hamilton Principle)推导了扑翼的结构动力学方程,采用结构有限元方法对该动力学方程进行离散并求解,得到扑翼的动态结构特性;采用松耦合方法进行迭代。计算结果与风洞实验结果相比吻合良好,验证了所发展方法的有效性。在此基础上研究了惯性力和关键运动参数对柔性扑翼气动及结构特性的影响规律,有助于比较详细、全面地了解微型扑翼的气动机理,为柔性扑翼的设计提供了参考依据。

喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响研究

为研究喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响,采用Abaqus用户子程序引入典型喷丸残余应力,使用温度场等效法将喷丸残余应力转化为温度场边界条件。计算了不同残余应力峰值和残余压力层深度下加筋壁板结构局部屈曲和后屈曲特性。结果表明,喷丸影响系数与残余应力峰值和压应力层范围相关。给出了一种喷丸影响系数的简单确定方法,并对工程算法进行了修正。最后通过喷丸模拟获取了一组喷丸型材的残余应力分布,通过喷丸和未喷丸型材压缩试验结果对比,验证了工程修正方法的准确性。

翼吊式发动机安装设计综述

发动机安装是飞机总体设计中必须考虑的因素,发动机吊挂作为将发动机动力传递给飞机的结构部件,其安装设计非常重要。针对翼吊飞机的特点,介绍了发动机安装位置对飞机特性的影响,阐述了几种不同吊挂形式以及吊挂与机翼、吊挂与发动机连接形式的优缺点。分析表明:盒形梁式吊挂盒段结构、吊挂与机翼静定连接形式、吊挂与发动机主体连接形式是发动机吊挂结构的首选方案。

无强波构型理论发展现状研究

本文引入了一种由Busemann超声速双翼理论发展而来的无强激波构型,该构型可明显消弱超声速飞行时带来的波阻和声爆。文中分析了无强波构型的机理和气动特性,介绍了该构型理论研究和应用研究进展,并探讨了该构型在超声速飞行器设计应用中的关键性问题。该理论为未来低声爆超声速飞机的设计提供了一个全新的思路,是未来超声速/高超声速飞行器发展必要的技术基础。

热塑性复合材料剪切非线性有限元模拟研究

为了研究热塑性复合材料的剪切非线性行为,本文采用唯象表征的面内弹塑性力学模型对AS4/PEKK V型缺口剪切试验进行了有限元模拟研究,准确预测了单次单向加载、单向循环加载以及正向—反向循环加载剪切非线性应力应变关系;在此基础上,采用LaRc03失效准则,考虑非线性的原位剪切值,对三种不同铺层的V型剪切试验进行了数值模拟,模拟结果准确预测了剪切试验的载荷位移响应与最终失效模式。

机翼与吊挂连接区结构承载能力的分析及试验

发动机吊挂将动力装置的载荷传递给飞机结构,是飞机最重要的结构之一,其设计直接关系着飞机的飞行安全,因此发动机吊挂结构设计是飞机强度设计中关键部件之一。机翼与发动机吊挂连接区结构形式复杂,承受的载荷量级大,是发动机吊挂结构设计的难点。为了精确分析某型飞机机翼与吊挂连接区结构的承载能力,采用ABAQUS非线性有限元分析技术预测连接区结构的承载能力,并与试验结果进行了对比验证,结果表明有限元模拟的破坏形式与试验相当,有限元模拟的承载能力比试验结果低7.6%。该研究为某型飞机机翼与发动机吊挂连接区结构设计提供了试验支持和分析方法。

分布式零质量射流控制增升装置分离的数值模拟

为改善大型民用运输机的起降性能,以典型的三段翼型为研究对象,研究分布式射流主动控制技术对提高增升装置效率的可行性。给出了零质量射流和分布式零质量射流的作用原理,获得了分布式零质量射流的孔口分布、射流频率、射流动量对增升装置气动性能影响的规律。研究表明:零质量射流不论是吹气或者吸气,都可以增加边界层的能量,延迟分离,使得流动控制整个周期产生的气动效果都要优于未加控制的情形,但其无法完全消除襟翼上表面的分离,分布式零质量射流能达到更好的结果。数值模拟结果表明:零质量射流控制能使升力系数增加7.1%,分布式零质量射流控制能使升力系数增加20.3%,可见分布式零质量射流比零质量射流有更好的控制结果。分布式零质量射流不仅仅是各个孔口射流的简单叠加,而且还受到各个孔口串联作用的有利影响。总结四孔分布式零质量射流的设计准则为:当射流频率为1,射流动量为0.002时,能最大限度地消除襟翼上表面的分离,对升力系数的改善最为明显。

残余应力场中疲劳裂纹闭合的数值分析

本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模拟了焊接产生的拉伸控制残余应力场和冷胀孔产生的压缩控制残余应力场中的疲劳裂纹扩展,分析了残余应力对裂纹闭合效应的影响。分析结果表明,与不含残余应力场的情况相比,拉伸残余应力具有抵消裂纹闭合效应、促进裂纹扩展的作用,并得出权函数法不适用于这种条件下的疲劳裂纹扩展分析的结论;而压缩残余应力具有增强裂纹闭合效应、抑制裂纹扩展的作用。通过数值分析研究残余应力场中的疲劳裂纹闭合效应,能够考虑裂纹扩展中外载与残余应力相互作用引起的残余应力变化,有助于理解残余应力对裂纹扩展的作用机理和进行裂纹扩展预测。

考虑间隙磨损的机构过中心锁定可靠性分析

根据机构的具体安装形式,综合考虑了铰链磨损与杆端关节轴承磨损对机构过中心锁定可靠性的影响。提出了自润滑杆端关节轴承磨损计算模型,在"有效杆长理论"和"连续接触模型"的假设下建立了平面四连杆机构过中心锁定可靠性分析模型,给出了在考虑初始间隙与磨损情况下的机构过中心锁定可靠性分析方法,并对机构使用关节轴承和铰链连接情况下的过中心可靠性进行了对比分析。研究结果表明,机构过中心锁定失效概率会在机构运动周期达到一定次数后迅速增加;在机构中采用自润滑杆端关节轴承可以显著提高机构过中心锁定可靠性。

一种基于FMEA的故障诊断贝叶斯网络快速构建方法

贝叶斯网络(BN)建模问题一直是其在故障诊断应用领域的瓶颈,实际的工程系统中,贝叶斯网模型构建存在许多困难,提出一种基于故障模式影响分析(FMEA)的BN建模技术。首先,在分析现有FMEA所包含的故障信息基础上,提出基于单条FMEA记录的贝叶斯网络片段构建方法;然后,利用故障模式与故障原因因果传递关系将贝叶斯网络片段集成为系统贝叶斯网络模型;最后,以某型飞机前轮转弯系统为例进行BN模型构建和分析。结果表明:本文基于FMEA建立的BN模型不仅避免了传统建模过程中对大量工程经验的需求,并且突破了FMEA定性分析能力,能够有效融合多源信息对工程系统进行定量分析和故障诊断。

基于电路模型的复合材料多钉连接载荷分配新方法

提出了一种新的计算复合材料多钉连接载荷分配方法,即将电路模型应用到复合材料多钉连接结构载荷分配估算中,多钉连接结构中的载荷、柔度和变形分别等效于电路模型的电流、电阻和电压。在新模型中材料的胡克定律转化为电学中的欧姆定律,变形协调方程等效于电学中的电压平衡方程。该方法使复杂的多钉连接模型变成了一些由简单的串联和并联电路组成的简单模型。对n排单列连接结构的电路模型进行分析,总能找到n-1个独立的闭环电压平衡方程和一个电流平衡方程,联立这n个方程就能够计算出各个钉上的电流大小,也就是相应的载荷值。在某些支路上添加恰当的电源,还可以模拟复合材料多钉连接结构的间隙或者过盈量。通过与试验结果对比,发现该方法能较好的预测出复合材料多钉连接载荷分配。

一种预测疲劳后复合材料单钉连接剩余强度的方法

复合材料机械连接件的疲劳问题在飞机结构设计中愈显突出。以复合材料层合板疲劳中刚度退化模型为基础,分析了复合材料单钉连接件在疲劳过程中细观机理,建立了复合材料单钉连接剩余强度预测公式;并开展了CCF300/BA9916-ⅡS复合材料单钉连接疲劳试验。结果表明,公式预测结果与试验结果取得较好的吻合。

当地DFD方法在扑翼流动数值模拟中的应用

应用当地DFD(Domain-Free Discretization)方法对包含复杂运动边界的扑翼流场进行了数值模拟。该方法通过壁面法线方向的外插确定外部相关点上的流动变量值,同时强加相应的边界条件。应用这种方法,动边界流动的模拟可以在固定网格上实现,无需为了跟随物体的运动而在每个时间步上对网格进行实时更新。对三种拍动模式的双翅流场进行了数值模拟,升、阻力系数时间历程的计算结果与参考文献的实验数据吻合很好,验证了当地DFD方法处理复杂动边界问题的可靠性。最后,数值模拟了完整昆虫模型的扑翼流场,并详细分析了涡系结构和飞行机理。

型号试验专用测试设备校准与管理分析

型号试验中建设和使用了大量的专用测试设备,在型号项目试验、验证中起着重要作用。这些专用测试设备通过校准实现了量值溯源。当前,专用测试设备的校准与管理没有形成行业的规范,校准规范、校准方法及管理方案,缺乏整个行业认可的方法体系。本文主要分析了目前型号试验专用测试设备的校准现状与管理现状,以《国防科技工业专用测试设备计量管理办法》中的要求为基础,结合对实际工作中的理解提出了建议和思路,为试验室专用测试校准与管理提供依据。

一体式压杆稳定性分析方法

一体式管状压杆承载能力高且重量较轻,因此被越来越多地应用于运输类飞机发动机安装中。但受限于结构形式,一体式压杆两端通常为变截面形式。针对一体式压杆结构特点,使用工程方法和有限元分析方法对几种不同参数的压杆稳定性进行分析,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,工程方法和有限元分析方法计算误差随压杆长细比增大而增大。但有限元分析方法得到的结果优于工程方法。该研究为一体式管状压杆的设计提供了分析方法和试验支持。

时间触发网络在机载系统中的应用分析

时间触发技术将是未来机载网络的发展趋势。为了解决时间触发网络在机载系统中的工程化应用问题,分析了时间触发网络的特点和优势、采用时间触发网络为系统设计带来的变革、时间触发网络在机载系统中的应用场景以及为系统带来的益处,可有效解决机载网络系统总体方案论证所关注的问题。

关于装备领先试用的初步研究

为加快形成新装备在部队的战斗力,各国均以军机领先试用的模式来提高部队对装备的熟悉速度。领先试用在实际使用中有着不可忽视的优点,本文对国内外军机领先试用的情况进行了介绍,同时对领先试用的优缺点进行分析,并对如何提高领先试用效果进行了说明。

复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度的一种工程估算方法

将上限理论应用到复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度分析中,把连接结构的位移场划分为动态区域(层合板)和静态区域(紧固件),并认为失效发生在位移可动场和不动场之间的钉孔边受挤压部分。由于受挤压孔孔边各层应力状态不一样,受挤压孔边各层的失效区域和失效模式也各不相同。从宏观上研究复合材料层合板单钉连接孔边的失效区域和失效模式,结合上限理论提出了一种估算复合材料单钉连接挤压强度的工程算法。通过与试验结果对比,发现该方法能较好地预测出复合材料单钉双剪连接挤压强度。