低空空域通用航空飞机机载导航监视终端设计

针对通用航空飞机低空雷达监视存在盲区及广播自动相关监视(ADS-B)设备成本高的问题,提出以"北斗"卫星导航系统和移动公共网络通信相结合的低空空域通用航空飞机导航监视系统。系统利用"北斗"/GPS双模导航接收机获取载体位置等信息,通过移动公共网络通信系统和"北斗"卫星导航系统相互补充的通信机制可靠地将机载信息发送至地面指挥中心,并能够接收地面指挥中心的指令。考虑到"北斗"卫星导航系统通信资源的问题,系统设计了在移动公共网络通信处于盲区时导航位置等信息存储功能。系统具有成本低、与其他机载设备无电气交联等特点。相关成果对我国在低空空域通用航空飞机导航监视终端的研究具有一定的参考价值。

我国通用航空发展影响因素

随着国家低空开放的逐步实行,通用航空产业发展的社会效益、经济效益和国防效益日益突出。应用产业集群方法,研究了我国通用航空产业发展的现状,并通过与美国的对比,找出我国通用航空产业发展存在的差距。分析和调研造成差距的影响因素,对我国通用航空产业未来发展路径进行描述,并提出了我国通用航空产业发展相关政策。未来应以拥有自主知识产权的通用飞机来支撑通用航空事业的发展。利用世界经济形势,大力实施国际化战略,为国内通航大发展积蓄能量。

电动飞机蒙皮结构的冲击损伤试验与优化设计

飞机蒙皮结构常受到冰雹、维修碰撞等低能冲击,机身结构易出现损伤,引发飞机性能减退。为了提高蒙皮结构的抗冲击性能,结合Hashin失效准则建立了一种复合材料泡沫夹层结构低速冲击有限元等效模型,并利用超声C扫描对冲击后的复合材料泡沫夹层进行无损检测,试验结果表明,与无损检测结果相比较,模拟结果的误差低于10%,证明了该冲击等效模型的合理性。最后利用该有限元等效模型对某型电动飞机机身复合材料泡沫夹层蒙皮结构进行优化设计,以提高抗冲击能力、减小吸收的破坏能量、降低结构损伤程度为目标,在相同铺层数量下,得到了最优的复合材料泡沫夹层结构铺层设计方案。

基于薄板样条径向基函数的复合材料层合板自由振动分析

基于复合材料层合板的三角剪切变形理论,推导了对称复合材料层合板的控制微分方程。利用基于薄板样条径向基函数的无网格配置方法离散的控制微分方程,预测了对称复合材料层合板的自由振动行为。计算了不同材料参数和层合板几何参数的固有频率,并与文献结果进行了比较。还研究了节点排布、模量比和边厚比对固有频率的影响。结果表明,本文结果与文献结果具有较好的一致性,节点数量越大,无量纲频率对网格分布越不敏感,固有频率随着边厚比和模量比的增加而增加。通过数值实验,证明了用薄板样条径向基函数离散的三角剪切变形理论对对称复合材料层合板的自由振动分析具有较高的数值精度和良好的收敛性。

通用飞机高升力层流翼型优化设计研究

针对某型通用飞机设计状态,基于自由变形(FFD)技术参数化方法以及NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行了高升力层流翼型的优化设计。优化以GAW-1翼型为基础出发,考虑前后梁对厚度的要求,对偏重巡航、爬升特性设计了所需的高升力层流翼型,并对进一步考虑失速特性的翼型优化设计进行了分析。设计过程考虑自然转捩工况,使用Menter k-ω SST两方程湍流模型和γ-Re_(θt)转捩模型对设计进行评估,并对先优化后缩比厚度和直接按照目标厚度优化的翼型气动特性进行对比。设计结果表明,优化的翼型满足层流设计要求,在优化系列厚度翼型时使用优化好的翼型作为基础翼型,可以提升优化的效率,所提出的方法可为通用航空飞机高升力层流翼型设计提供参考。

火灾环境下航空地毯的燃烧特性研究

采用锥形量热仪研究不同火灾环境下航空地毯的燃烧特性,并与普通地毯进行比较分析。结果表明:随热辐射强度的增加,航空/普通地毯热释放速率峰值、前300s内均值增大,峰值出现时间提前,平均点燃时间缩短;普通地毯CO峰值、300s内均值增大,峰值出现时间提前,航空地毯变化不大;航空地毯SO2、NOx峰值出现时间提前,前300s内均值增大,NOx峰值增大,普通地毯变化不大。相同热辐射强度下,航空地毯的平均点燃时间较长,但当热辐射强度增加到一定值时,与普通地毯接近;热释放速率峰值较低,峰值出现时间较晚,但前300s内均值较大;CO峰值和前300s内均值较小,峰值出现时间延后,但CO持续释放时间较长;SO2、NOx峰值和前300s内均值均较大。

飞机油箱用典型复合材料热传导性能实验研究

飞机油箱已开始探索使用先进复合材料,以T300 3K碳纤维环氧树脂复合材料为研究对象,通过接触式恒温加热实验和热导率测试实验,对其导热性能进行了研究。首先对厚度为2 mm、4 mm的T300 3K碳纤维环氧树脂复合材料板分别进行150℃、200℃、250℃、300℃以及350℃的接触式恒温加热实验;然后在实验条件下测得了T300 3K在不同温度下的热导率,并与5A02铝合金材料在不同温度下的热导率进行了比较。研究结果表明:T300 3K的热导率远小于5A02铝合金,其垂直于纤维方向的热导率在10^(-2)数量级,且随着温度的升高而变大;T300 3K作为飞机燃油箱壁板材料虽然隔热性能强于5A02铝合金,但易出现局部过热的情况,造成材料板破坏,强度出现下降。

螺旋桨气动噪声数值模拟和实验研究

针对某飞机螺旋桨开展气动噪声数值模拟和实验研究。气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,运用大涡模拟和FW-H模型获得声学测量点的噪声频谱。实验测量选在露天场地进行整机静态测试。通过螺旋桨各测点声压级计算结果与实验对比分析,证明了数值计算的准确性。基于计算模型和方法,分析了螺旋桨在三种转速下旋转区声压级分布规律。研究表明:旋转区声压级随转速逐渐增大;螺旋桨叶尖涡及前缘分离涡在桨叶表面形成较大压力波动,为螺旋桨主要噪声源。

航空电源电池管理系统BMS设计

针对航空电源电池管理系统可靠性的需要,研究了现有的电池管理系统的特点,设计了一种基于飞思卡尔MC9S12XET256和Linear 6804-2的电池管理系统。该系统硬件包括电池组电池电压测量电路、温度测量电路、电池充放电电压电流测量电路以及基于Linear 6820的iso SPI和SPI转换电路;软件设计包括电池电量数据读取、温度数据读取、充放电电流计算、均衡控制、电池荷电状态(SOC)与健康状况(SOH)的计算以及主控芯片的任务管理与通信。试验测试表明,该系统运行稳定,测试精度高,可在电池管理实际工程中使用。

基于拉格朗日插值法的卫星导航空间信号精度评估算法

卫星导航空间信号精度是卫星导航系统的基本性能之一,为评估GPS和BDS卫星导航系统空间信号精度,研究了拉格朗日插值模型。采用插值精度和效率较高的十阶拉格朗日滑动插值法对IGS精密星历数据进行内插计算,使用本地接收机采集到的广播星历数据作为实测数据,并对GPS和BDS的空间信号精度进行了评估。结果表明,基于本地实测数据的GPS和北斗SIS URE满足GPS和北斗导航系统标准定位服务性能规范的指标要求,对应的URRE和URAE均优于对应接口文件中的指标。

电动飞机飞行品质快速评估与验证

为验证飞行器初步研制阶段使用DATCOM气动估算软件快速估计飞机飞行品质的准确性,以RX1E-A电动飞机为样例,首先使用DATCOM气动估算软件快速计算该机气动参数,并基于该参数评估该机飞行品质。然后使用RX1E-A飞机缩比验证机在风洞试验所得气动数据再次评估该机飞行品质,并结合该机实际飞行试验数据,对基于DATCOM快速评估的RX1E-A电动飞机飞行品质数据进行验证。结果表明基于DATCOM气动估算软件快速评估出的飞机飞行品质与基于风洞试验数据评估飞行品质以及实际飞机飞行试验所得结果相比部分参数虽有一定偏差,但大部分参数偏差较小。因此采用DATCOM气动估算软件在飞机初步设计阶段对其飞行品质进行快速评估是具有一定实用价值的,也为后期开展飞机飞行控制律研究提供参考数据。

基于适航符合性的带孔复合材料板力学性能研究

为验证某型号新能源电动飞机机翼带孔蒙皮拉伸载荷承载能力是否满足CCAR-23-R3适航符合性要求,制备了6组上、下面板的、铺层均为[±45/(0,90)]s的带孔复合材料泡沫夹芯板(W-3021 FF/H60)试验件,通过试验测得室温与湿热环境下试验件的极限破坏载荷和破坏载荷时的变形位移,对所测数据进行对比分析,探讨湿热环境对带孔复合材料泡沫夹芯板的强度影响。结果表明:两种环境下的位移载荷曲线均为线性变化,未发生塑性变形;湿热环境下的极限破坏载荷与常温下基本保持一致,但湿热环境下的破坏位移较常温下变大;在湿热环境下试样的环境影响系数为1.007,衰减系数为0.99。因此,该带孔复合材料板在不同环境下仍具备良好的拉伸力学性能。

某型电动飞机螺旋桨的设计与试验

某型电动飞机采用稀土永磁电动机作为动力装置,采用螺旋桨产生拉力。为了提高电动飞机的航时,螺旋桨的设计目标应为:具有较高的效率,足够的拉力,并且保证螺旋桨需用功率与电动机功率相匹配。设计了某型电动飞机的固定桨距螺旋桨,建立了螺旋桨的三维CATIA模型,制造了两叶的木质螺旋桨,进行了螺旋桨的地面试验和风洞试验。试验结果表明:该型螺旋桨在起飞状态(螺旋桨转速2 164 r/min),静态拉力达到98.2 kg,电动机轴功率为35.09 k W,电池输出功率37.08 k W;巡航状态,螺旋桨效率达86.76%,设计的螺旋桨达到了预期的设计目标。

碳纳米管用于聚合物基复合材料健康监测的研究进展

碳纳米管因其优异的机电特性,在聚合物基复合材料的健康监测方面具有广泛的应用前景。综述聚合物基复合材料中碳纳米管传感的最新进展:碳纳米管与树脂共混、碳纳米管涂层纤维、碳纳米线和碳纳米纸。利用碳纳米管传感网络来监测结构应变损伤是不同碳纳米管传感的核心原理。碳纳米纸可以解决碳纳米管与树脂共混时的难分散、碳纳米管涂层纤维的协同变形和碳纳米线的全结构监测等问题,为碳纳米管传感工程化应用提供了条件。实现碳纳米管传感在聚合物基复合材料健康监测领域的工程化应用是未来的发展方向。

锂离子动力电池电解液的热稳定性

锂离子动力电池是电动飞行器的核心部件,电池能否在飞行中保持正常工作状态直接决定驾乘人员和飞行器的安全,因此研究锂离子动力电池的安全性对于电动飞机和其他清洁能源项目的推广具有十分重要的意义。目前的工作主要针对锂离子动力电池电解液的热稳定性进行实验研究。首先使用TDB-6A型电脑闭口闪点测定仪对6种不同锂离子动力电池电解液进行闪点测定,然后,使用ARSST反应测试系统研究电解液在加热过程中的热失控反应。通过对所得实验数据的分析能够确定这6种锂离子动力电池电解液热稳定性的排序由高到低为:YH-51-7、YH-11-15、YH-61-7、YH-65-6、YH-51-6、YH-51-8。目前的实验结果可以为轻型电动飞机锂离子动力电池安全性研究提供有益的参考。

高强玻璃纤维复合材料热解动力学研究

利用热重—差热同步分析仪研究典型高强玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同升温速率、不同载气气氛影响下的热解特性规律。升温速率取5、10、20、30、40℃/min;气氛取空气及氮气气氛(50 mL/min);实验温度范围为25~800℃。研究表明,随着升温速率的增大,热解反应各阶段起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动。空气气氛下,玻纤复合材料热解分为两个阶段,分别是环氧树脂基材热解的两个阶段,玻璃纤维自身不分解;氮气气氛下,玻纤复合材料热解反应一步完成。相同升温速率下,玻纤复合材料与环氧树脂基材的热解初始分解温度、热解温度范围基本一致,玻纤复合材料的热解终止温度及热解各阶段失重速率明显小于环氧树脂基材。运用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法进行热解动力学分析,得到玻纤复合材料热解各阶段的表观活化能,两种计算方法所得结果基本一致。热解第二阶段表观活化能明显高于第一阶段,其热稳定性在热解过程中逐渐增强。

基于马尔可夫过程的GNSS星座可用性评估

卫星导航的星座可用性是评价导航系统性能的重要指标之一。基于马尔可夫过程建立了同时考虑卫星故障率和修复率的单星可用性模型,结合卫星的备份情况提出了空间信号层和服务层的星座可用性评估方法模型。基于上述评估模型,结合大量实测数据分析了空间信号层和服务层的星座可用性概率。结果表明:全球定位系统(global positioning system,GPS)星座可用性评估模型是有效的,GPS星座可用性符合其系统性能规范。提出的星座可用性评估方法对北斗卫星导航系统的全球化建设及其可用性评估有一定的参考价值。

粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测(RAIM)是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统(GNSS)在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统(GPS)故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统(BDS)接收机自主完好性监测具有一定的意义。

高性能树脂基复合材料典型空天环境下动态力学行为研究现状

随着飞行器结构中碳纤维增强树脂基复合材料用量的迅速增加,其应用范围从非主承力构件逐渐扩展到主承力构件,复合材料结构中的疲劳、低速冲击和高速撞击等动态力学问题已经引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了典型空天环境因素与碳纤维增强树脂基复合材料的交互作用,重点探讨了其在疲劳、低速冲击和高速撞击载荷作用下的行为,简述了环境损伤与动态载荷耦合对碳纤维增强树脂基复合材料动态力学性能的影响,以期为聚合物基复合材料在空天飞行器上的应用提供有益的参考。

碳纤维环氧复合材料火灾危险综合评价

碳纤维环氧复合材料是目前航空领域中应用最为广泛的结构材料之一,但其本身具有可燃性,一旦起火,会严重危及飞机结构安全。建立碳纤维环氧复合材料火灾评价体系,以层次分析法为基础,结合锥形量热仪试验数据对3种典型的碳纤维环氧复合材料的火灾危险性进行了综合评价。通过理论分析和试验测试得到FGI(火势增长指数)、THRI_(4min)(放热指数)、TSPI_(4min)(发烟指数)和ToxPI_(4min)(毒性气体生成速率指数)4个火灾危险性评价指数,能够很好地量化典型碳纤维环氧复合材料的火灾危险性,FGI能更好地辨识碳纤维环氧复合材料的火灾危险性。结果表明,双向碳纤维布和单向碳纤维预浸料的火灾危险性接近,表明织造方式的不同对火灾危险性影响很小,而碳纤维夹层板的火灾危险性相对较大。轻型飞机仪表箱部位相对于仪表板和机身框,火灾危险性较大,对此部位的防火应提出更高的要求。