航空学报
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玻璃钢/复合材料  
 
2018年 39卷 4期
刊出日期 2018-04-15

第四期电子期刊
材料工程与机械制造
流体力学与飞行力学
固体力学与飞行器总体设计
固体力学与飞行器总体设计
综述
材料工程与机械制造
电子电气工程与控制
材料工程与机械制造
上一期   
第四期电子期刊
0
2018年第39卷第4期电子期刊
2018 Vol. 39 (4): 0-0 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [ PDF 0KB] ( 206 )
综述
21836 王运涛
DPW Ⅳ~DPW Ⅵ数值模拟技术综述特约 Hot!
DPW(Drag Prediction Workshop)系列会议是CFD验证和确认领域最具代表性的国际会议之一。CRM(Common Research Model)代表了现代运输机的典型巡航构型,该模型是AIAA DPW Ⅳ~Ⅵ会议选择的基准研究模型。针对CRM,国际上开展了大量的风洞试验与数值模拟工作,这些工作反映了当前CFD验证与确认研究的最新进展。本文介绍了CRM及开展的风洞试验,概述了DPW Ⅳ~Ⅵ会议的情况,分别从计算网格生成、计算方法与湍流模型、计算结果与试验结果的对比等方面总结了CFD验证与确认工作的进展,以及CRM相关优化设计工作,并给出了进一步开展CFD验证与确认工作的思考与建议。
2018 Vol. 39 (4): 21836-021836 [摘要] ( 78 ) [HTML 1KB] [ PDF 19913KB] ( 256 )
21603 韩东, 董晨, 魏武雷, 桑玉委
自适应旋翼性能研究进展
自适应旋翼不同于常规被动旋翼设计,通过主动改变旋翼参数,优化旋翼升阻比,以适应飞行环境和飞行状态的变化,从而降低旋翼需用功率、提升直升机飞行性能。本文归纳了自适应旋翼在提升旋翼性能方面的国内外研究进展,主要包括:变转速旋翼、变直径旋翼、独立桨距控制旋翼、智能扭转旋翼以及桨叶翼型变体等,并对自适应旋翼提升旋翼性能方面的研究进展进行了总结和展望。
2018 Vol. 39 (4): 21603-021603 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [ PDF 11459KB] ( 229 )
21817 鲍岩, 董志刚, 朱祥龙, 王昌瑞, 郭东明, 康仁科
蒙皮镜像铣削支撑技术的研究现状和发展趋势
镜像铣作为一种飞机蒙皮加工的新技术,是一种高效、绿色的加工方法,具有逐步取代化铣加工的趋势,是众多工业发达国家的研究热点。支撑技术是飞机蒙皮镜像铣削系统的关键技术,关系到蒙皮的尺寸精度和表面质量,直接影响蒙皮外表面的形貌。本文在阐述飞机蒙皮零件加工工艺特点的基础上,介绍了飞机蒙皮减薄技术的发展,总结了蒙皮镜像铣削加工方法的优势及国内外研究现状。在详细分析镜像铣支撑技术的研究现状的同时,指出了当前镜像铣支撑技术存在的问题与难点,预测了镜像铣支撑技术的发展趋势,为镜像铣支撑技术的深入研究提供参考和指导。
2018 Vol. 39 (4): 21817-021817 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [ PDF 4798KB] ( 162 )
流体力学与飞行力学
121398 方群, 刘怡思, 王雪峰
空天飞行器弹道/轨道一体化设计
弹道/轨道一体化设计是解决空天飞行器发射入轨和轨道转移问题的一种全新思路。针对目前存在的空天飞行器弹道/轨道一体化设计问题,通过改进非开普勒轨道方程的方法建立飞行器在连续推力、气动力、引力以及摄动力等多种力作用下的弹道/轨道一体化设计动力学模型;提出基于轨道设计反方法的弹道/轨道一体化设计方法。其创新点主要体现在:通过整合连续推力、气动力、引力以及摄动力等多种作用力达到了统一弹道/轨道模型的目的;提出了基于傅里叶级数形状方法的轨道设计方法,该方法相比于之前的逆多项式法,可以处理带推力约束的轨道设计问题;由于在弹道段采用类似于轨道设计反方法的设计思想设计弹道,使得弹道和轨道两段轨迹的设计方法也达到了统一,致使从模型和设计方法的角度都体现了弹道/轨道设计的统一性,解决了传统分段设计方法是在不同段采用不同的模型和方法,很难体现出一体化设计思想的问题。仿真分析表明本文提出的弹道/轨道一体化设计方法是可行和有效的。
2018 Vol. 39 (4): 121398-121398 [摘要] ( 85 ) [HTML 1KB] [ PDF 4192KB] ( 123 )
121523 曹华姿, 郭有光, 王立新
基于任务的硬式加油伸缩管操纵品质研究
操纵品质是评价和设计硬式空中加油伸缩管的重要指标,但目前尚未有系统性的评价伸缩管操纵品质的方法和结论。为了解决现有投入使用的伸缩管型号较少即用于品质研究的样本不足的问题,在对伸缩管本体特性进行分析之后,引入了可以通过改变参考模型参数而获得不同闭环响应特性的控制系统。结合伸缩管的任务特性,设计了在空中加油模拟器上完成的操纵品质试验,并采用主观以及客观两方面的评定手段对具有不同闭环响应特性的评定样本进行了操纵品质评定,从而建立了基于任务的伸缩管操纵品质评定方法。最后,利用低阶等效拟配方法获得了伸缩管的低阶等效参数,通过对多个样本的低阶等效参数与任务评定结果进行统计分析得到了伸缩管俯仰轴和偏航轴的操纵品质等级边界,从而完成伸缩管操纵品质要求的研究。建立的评定方法和操纵品质要求可以作为指导伸缩管设计与评定的理论依据。
2018 Vol. 39 (4): 121523-121523 [摘要] ( 48 ) [HTML 1KB] [ PDF 8022KB] ( 87 )
121642 王运涛, 孟德虹, 孙岩, 李伟
CRM-WB风洞模型高阶精度数值模拟
通过求解雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方程,采用5阶空间离散精度的WCNS和多块对接结构网格技术,开展了CRM翼身组合体风洞试验模型的高阶精度数值模拟,计算构型和计算状态来自AIAA第6届阻力预测研讨会(DPW Ⅵ)。主要目的是采用高阶精度方法,评估静气动弹性变形和模型支撑装置对CRM翼身组合体数值模拟结果的影响。通过与刚性外形的计算结果和NASA NTF风洞试验结果的对比,高阶精度数值模拟结果表明:迎角为3.0°时,静气动弹性变形使得机翼上表面激波位置前移并显著降低了外侧机翼上表面激波位置前的负压;迎角为3.0°时,模型支撑装置使得机翼上表面激波位置进一步前移,并导致翼梢处机翼上表面流动结构发生变化;迎角为4.0°时,计算模型中没有包含模型支撑装置是导致升力系数下降的主要原因;计算模型中包含机翼静气动弹性变形和模型支撑装置的数值模拟结果更加接近试验结果。
2018 Vol. 39 (4): 121642-121642 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [ PDF 4701KB] ( 181 )
121648 汤伟, 黄勇, 傅澔
推力矢量对飞机大迎角动态气动特性的影响
推力矢量是提高战斗机大迎角动态气动特性,提升其过失速机动能力和飞行品质的重要手段。新一代战斗机的高机动性要求也使气动和推力矢量的融合控制研究日益重要。针对中国空气动力研究与发展中心∅3.2 m开口低速风洞,研制了喷流模拟器和通气动态试验装置,建立了带推力矢量的大迎角动态试验技术。开展了不同减缩频率、不同落压比、不同喷管偏角时的大迎角俯仰振荡运动特性试验研究。结果表明:与无喷流试验相比,带喷流时模型的动态特性均随着落压比和喷管偏角的变化呈现规律性的变化;力和力矩系数形成的迟滞曲线面积随着落压比和偏角的增加而增加;减缩频率的变化对模型的动态特性影响小于无喷流时的影响。总的来说,推力矢量的影响未改变模型大迎角动态特性的基本规律,但是随着推力矢量角度和大小的变化,有规律地改变了模型动态气动力和力矩的变化幅度。
2018 Vol. 39 (4): 121648-121648 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [ PDF 4397KB] ( 151 )
121650 黄世璋, 阮波, 高效伟, 刘华雩
超临界压力下碳氢燃料裂解与流动传热模拟的快速算法
为了快速预测发动机冷却通道内碳氢燃料在考虑热裂解时的流动传热特性,基于正癸烷热裂解反应机理,建立了一套模拟正癸烷裂解吸热和超临界压力传热现象的快速算法。采用三维物性库查表算法计算裂解反应混合物的热物性,同时对组分输运方程进行简化,简化后只需求解1个组分输运方程。通过与现有的实验和数值结果进行比较,检验了快速算法的计算效率和可靠性。结果表明,快速算法与求解全组分输运方程的算法精度相当,但计算效率提升了约20倍。最后采用该算法对三维矩形截面冷却通道内的超临界压力正癸烷裂解与传热过程进行数值模拟,进一步考察了本文快速算法的计算精度及其工程应用价值。
2018 Vol. 39 (4): 121650-121650 [摘要] ( 75 ) [HTML 1KB] [ PDF 10419KB] ( 125 )
121652 贾韫泽, 桑为民, 蔡旸
基于数值模拟的NSDBD等离子体激励器防冰特性
飞行器表面在一定气象条件下会产生积冰,积冰会使飞行器气动性能下降,是危害飞行安全的重要因素之一。常见的气热及电热防冰系统已经广泛运用于现有飞行器上。近些年,在纳秒脉冲阻挡介质放电(NSDBD)等离子体激励器的相关研究中发现NSDBD等离子体激励器可对周围流场进行快速加热,考虑到这种热效应可能作为飞机防冰的一种新方式。本文用数值方法对NSDBD等离子体激励器防冰特性开展了研究。首先,建立了基于Messinger模型的积冰模型,对典型积冰条件进行了验证计算;其次,耦合唯象学等离子体模型与非定常雷诺平均Navier-Stokes方程,计算等离子体对空气流场的影响;最后,将NSDBD等离子体激励器布置在NACA0012翼型前缘防冰区,结合积冰模型与唯象学等离子模型,对其防冰特性进行了研究。计算结果表明等离子体加热的热气流会覆盖在翼型表面防冰区。在相同的霜冰条件下,开启等离子体激励器时机翼前缘没有出现积冰,说明等离体子激励器应用于机翼防冰是有效的。针对不同的激励器参数对防冰特性的影响规律进行了研究,总体上防冰效果与峰值电压、激励器频率有关,从防冰效果和能耗方面考量,在给定计算条件下,存在最优电压值和最优激励器频率值。激励器分布方式对防冰特性的影响与其具体流场有关,需要具体分析。
2018 Vol. 39 (4): 121652-121652 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [ PDF 14136KB] ( 121 )
121695 吕元伟, 张靖周, 唐婵, 单勇
脉冲射流冲击平直表面的对流换热实验
利用红外热像仪测试了脉冲频率为10 Hz和占空比为50%的脉冲射流冲击平直表面的对流换热特性,在射流雷诺数为5 000~20 000、冲击间距比为2~8的范围内,与连续射流冲击换热进行了对比分析。研究结果表明,脉冲射流冲击对流换热系数依然具有随射流雷诺数增加而提高、沿径向急剧降低等基本特征,但是与连续射流相比,脉冲射流冲击引起的射流驻点和壁面射流区的对流换热存在差异,其影响与射流雷诺数和射流冲击间距密切相关;一般而言,在较大的射流冲击间距比下,脉冲射流体现出传热增强的效果,随着射流雷诺数的增加,脉冲射流较连续射流的优势更为明显;而在小射流冲击间距比下,连续射流则更具优势,在Re=20 000下仅当以3倍以上射流管直径作为区域半径进行平均时,脉冲射流才具有略高于连续射流冲击换热的作用效果。
2018 Vol. 39 (4): 121695-121695 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [ PDF 7494KB] ( 102 )
121812 周方奇, 杨党国, 王显圣, 刘俊, 施傲
前缘直板扰流对高速空腔的降噪效果分析
高速空腔复杂流动和噪声一直是航空航天领域所关注的问题,高强度的空腔噪声不仅影响腔内仪器设备的正常运行,还会对其自身的结构产生疲劳破坏,进而影响飞行器的飞行安全和品质,因此空腔噪声的抑制研究和典型控制方法的降噪效果分析对提高飞行器结构安全性意义重大。本文通过开展高速风洞试验研究跨超声速(Ma=0.9和Ma=1.5)来流条件下前缘直板装置对空腔(长深比为6)流动和噪声的控制机理,通过对比多种前缘直板控制条件下的腔内噪声声压级(SPL)分布,确定直板控制参数的优化选择方法及最优参数;利用静态/动态压力传感器和油流试验采集腔内静压、脉动压力和壁面流谱,着重分析前缘直板对腔内流动结构、声压级和声压频谱的影响规律。结果表明:前缘直板可以大幅度抬高剪切层的位置,使得后缘的撞击区域后移,从而削弱流体进入腔内的流量和强度;可以有效降低腔内静压、减小回流强度和范围,对腔内声压级和峰值噪声也具有显著的抑制效果,Ma=0.9和Ma=1.5时后缘声压级降低幅值可达11.13 dB和8.0 dB。前缘直板流动控制为高速来流条件下空腔噪声的抑制提供了一种新的方法,可有效应用于飞行器上空腔结构的流动/噪声控制,具有重要的工程应用价值和前景。
2018 Vol. 39 (4): 121812-121812 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [ PDF 9127KB] ( 88 )
固体力学与飞行器总体设计
221375 杜金柱, 孟凡星, 卢学峰
基于能量法的起落架落震试验评定准则
为通过理论分析建立一套用于起落架落震试验评定的基本准则,提出了一种使用起落架缓冲系统设计要求或其等效形式进行落震试验评定的方法,并从能量分析的角度给出了适用于陆基飞机起落架落震试验评定的统一设计要求。对于在落震试验中无法直接验证的耗能设计要求,通过能量等效的方法,研究了不同落震试验方法中的等效形式。对于仿升法落震试验,提出了利用反行程阻尼系数进行耗能评定,并建立了反行程阻尼系数与缓冲系统消耗能量之间的函数关系。在此基础之上,结合正反行程时间的限制条件,给出了耗能极值问题的计算方法。对于减缩质量法落震试验,建立了缓冲系统耗能系数和机轮不跳离地面之间的联系,研究了随过载增大实现机轮不跳离地面的可行性。最后,研究了两种落震试验方法的能力范围,并给出减缩质量法和仿升法等效的条件。
2018 Vol. 39 (4): 221375-221375 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [ PDF 3387KB] ( 121 )
221636 吴大方, 任浩源, 王峰, 王怀涛
航天飞行器轻质纳米材料高温隔热性能
纳米隔热材料是一种新型航天飞行器热防护材料。本文使用自行研制的高速飞行器热试验系统,对Al2O3纳米材料的高温隔热性能进行试验研究及数值计算,为高速航天器热防护系统的安全可靠性设计提供重要依据。研究结果表明,厚度仅为10 mm的Al2O3纳米材料板,当前表面温度为1 200℃时(1 800 s),前后表面的温度差高达880.9℃,后表面温度降低了73.4%,且隔热性能稳定。另外与某空天飞行器轻质陶瓷材料进行了隔热性能的对比试验,结果显示轻质陶瓷材料板的背壁温度要比Al2O3纳米材料板高56%。说明Al2O3纳米材料的高温隔热性能非常优异,在航天器和高超声速飞行器热防护中具有重要的应用价值。由扫描电镜(SEM)图像知,当温度超过1 200℃后,Al2O3纳米材料颗粒快速聚集生长,颗粒间的空洞尺寸显著增大,材料内部纤维出现熔融现象,裂纹数量增多、深度及宽度显著增大,影响材料表观导热率。另外,当温度高于1 200℃时,纳米材料板边界出现了较大的收缩变形和弯曲变形。基于试验结果可知,Al2O3纳米隔热材料应该在小于1 200℃的热环境中使用。
2018 Vol. 39 (4): 221636-221636 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [ PDF 9716KB] ( 136 )
221718 黎放, 何有宸, 狄鹏, 陈童, 尹东亮
考虑维修力量影响及载荷动态分配的k/n系统模糊可靠性分析
工程实际中,维修活动开展前往往存在一定时长的准备期,且由于环境时变性、系统长期运行后的劣化累积等因素导致部件状态性能水平存在不确定性,使得系统可靠性建模较为困难。对此,运用模糊数表征系统部件的失效转移率、修复转移率及修理工维修准备率的同时,以Power Law规则刻画部件间的故障相关关系,认为部件承担载荷超过某阈值时才会引发故障相关现象,并考虑了修理工数量与故障件数量之间关系对系统可靠性的影响,研究了载荷动态分配条件下带维修准备期的多修理工n中取k模糊多状态系统模型,建立了状态转移微分方程组,提出用逆向逐层分析的思路建立系统稳态概率系数的递推关系,应用α水平截集及Zadeh扩张原理确定了模糊状态概率的截集区间,得到了系统模糊稳态指标,最后通过算例给出了修理工数量及部件参数模糊程度对系统稳态指标的影响,验证了模型的适用性。
2018 Vol. 39 (4): 221718-221718 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [ PDF 6820KB] ( 119 )
电子电气工程与控制
321546 刘帅琦, 王布宏, 李夏, 刘新波, 曹帅
二维嵌套混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计
针对二维混合多输入多输出(MIMO)相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度损失问题,提出一种基于二维嵌套阵列的二维混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计新方法。首先,给出一种由稀疏阵列和密集阵列构成的嵌套阵接收阵列的二维混合MIMO相控阵雷达信号模型;其次,通过对接收信号的协方差矩阵进行Khatri-Rao乘积处理,得到阵元位置差的差异阵列,形成接收阵元数目的虚拟扩展;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计。仿真实验表明,与传统二维混合MIMO相控阵雷达相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展虚拟阵元数目,提高雷达阵列自由度,进而提高二维混合MIMO相控阵雷达波达方向估计精度。
2018 Vol. 39 (4): 321546-321546 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [ PDF 3786KB] ( 103 )
321653 杨垠, 盛卫星, 韩玉兵, 马晓峰
基于阵元激励幅度分档的赋形波束方向图综合
提出了一种新型的基于幅度分档的赋形波束方向图综合算法。该算法共分为3步。首先,使用传统方向图综合方法如交替投影得到波束的无幅值限制的阵元激励;然后,使用概率密度理论对得到的阵元激励幅度进行处理得到量化的阵元激励幅度,最后,通过量化阵元激励幅度,使用半正定松弛(SDR)方法得到阵元激励的相位分布。上述步骤中,如何使用概率密度理论得到量化的阵元激励幅度是3步中较为重要的一步。将阵元激励幅度用概率密度变量进行替代,通过事先设定的阵元激励幅度档位个数,以及每个阵元激励幅度落在相应档位时取值的概率,可以得到含有概率密度变量的综合方向图表达式。最小化含有概率密度变量的综合方向图与理想方向图的功率之差即可得到量化的阵元激励幅度。使用概率密度理论得到量化阵元激励幅度的优势在于,可以根据任意形状的阵面和阵元栅格排布来划分幅度的档位区间,从而有着更广泛的适用性。在例证部分,通过多组算例的仿真,以及与一些对算法性能的分析,所提算法验证了其在综合效果上的优越性。
2018 Vol. 39 (4): 321653-321653 [摘要] ( 103 ) [HTML 1KB] [ PDF 11023KB] ( 121 )
321680 李超兵, 吕春红, 尚腾
一种基于轨道根数约束的最优制导方法
针对航天器空间变轨的制导问题,研究了一种基于轨道根数约束的最优制导方法。在地心惯性坐标系下直接建立航天器的最优控制模型,给出了位置速度表达式和协态变量初值之间的关系;进一步,在不约束真近点角的前提下,推导了5个轨道根数的约束方程,并通过对轨道根数和最优控制理论中协态方程的特性分析,获得了另外两个约束方程。协态变量初值可直接通过求解7个完整约束方程组获得,进而得到最优推力方向。仿真验证了所提制导方法的有效性。
2018 Vol. 39 (4): 321680-321680 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [ PDF 6368KB] ( 119 )
321801 骆长鑫, 张东洋, 雷虎民, 卜祥伟, 叶继坤
输入受限的高超声速飞行器鲁棒反演控制
针对存在参数摄动的吸气式高超声速飞行器(AHV)弹性体模型,考虑执行机构幅值和速率受限问题,提出了一种基于辅助误差补偿策略的鲁棒反演控制方法。采用改进的辅助系统,保证了执行机构在幅值与速率同时达到饱和时闭环控制系统的稳定性和跟踪误差的有界性;采用有限时间收敛微分器(FD),实现了对虚拟指令及其一阶导数的有效估计,并在此基础上,设计非线性干扰观测器(NDO),对模型不确定项进行了平滑估计,进一步提高了控制精度。通过仿真,验证了所设计控制方法的有效性。
2018 Vol. 39 (4): 321801-321801 [摘要] ( 137 ) [HTML 1KB] [ PDF 6936KB] ( 175 )
材料工程与机械制造
421641 李海涛, 林杰, 韩邦成
基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配扰动抑制
针对双框架变速率控制力矩陀螺(DGVSCMG)两种工作模式下内、外框架系统存在的不匹配干扰抑制问题,提出一种基于扩张状态观测器与状态反馈的扰动抑制方法。在对飞轮工作模式和陀螺工作模式下内、外框架系统的干扰进行建模和分析的基础上,针对其不匹配干扰设计了扩张状态观测器,通过坐标变换减小框架系统扰动对不匹配通道的影响,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对全局系统稳定性进行了分析。对框架系统进行的仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。实验结果表明,所提出的控制方法能有效减小耦合力矩对内外框架角速率带来的影响,在飞轮模式下使得内外框架的角速率跳动量分别降低了85%和78%,且在陀螺模式下使外框架角速率跳动量降低了75%。
2018 Vol. 39 (4): 421641-421641 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [ PDF 4195KB] ( 145 )
421687 张岐良, 曹增强, 李红梅, 向聪, 刘平
干涉配合弹性强化机理分析
鉴于基于支撑效应(SE)的干涉配合疲劳强化理论具有内在的局限性,通过引入弹簧模型(SM)研究了干涉配合的强化机理,以期获得更全面的认识并促进干涉配合技术的应用。首先,分析了支撑效应理论的不足之处,提出了经典理论难以解释的多个问题;然后,介绍了弹簧模型的基本思想及其求解结果,从弹性变形的角度对以上疑难问题作出了解释;最后,借助弹簧模型给出了干涉量的优化方法,并得到了最佳干涉量的解析表达式。弹簧模型的计算结果表明:干涉配合存在一种动态的弹性强化机制,在交变外载作用下结构组件的弹性变形及接触的自动调节作用,是被连接件传载幅值得以降低的原因;干涉量的选取不仅要考虑结构尺寸和材料,同时还应结合实际的载荷条件。
2018 Vol. 39 (4): 421687-421687 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [ PDF 4524KB] ( 142 )

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