航空学报
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玻璃钢/复合材料  
 
2017年 38卷 S1期
刊出日期 2017-11-30

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
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   
流体力学与飞行力学
721498 卢昱锦, 肖天航, 李正洲
高速平板着水数值模拟 Hot!

探索和揭示物体入水冲击的流体力学现象与机理对飞行器水上迫降问题的研究有重要的参考价值。对高速平板着水涉及到的复杂物理问题展开数值模拟,采用有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和标准k-ε湍流模型,流体体积(VOF)模型捕捉水气交界面,整体动网格技术处理平板与水面的相对运动。在二维楔形体入水冲击的算例验证基础上,详细研究平板高速着水引起流体喷溅、射流、空气垫等现象和平板底面压力变化历程,结果表明:空气垫现象明显,俯仰角4°平板下表面出现规律的空气泡,10°时则不存在;平板下表面的水体沿壁面运动,当俯仰角为10°时,壁面水体的运动速度显著增加;在大俯仰角的情况下明显出现负压区。

2017 Vol. 38 (S1): 721498-721498 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [ PDF 3293KB] ( 113 )
721501 任明波, 王娟, 李荣军, 党亚
大型飞机座舱温度控制系统控制律设计

大型飞机座舱温度控制系统具有温度控制非线性、强耦合、大迟滞性等特点,对控制律设计提出很高要求。根据系统设计要求,结合执行机构动作特性,提出了一种新型座舱温度控制律。系统控制方案采用压气机出口温度控制、组件出口温度控制、座舱供气温度控制和座舱区域温度控制四级控制;压气机出口温度目标值根据大气环境温度确定,座舱供气温度目标值根据座舱区域温度控制误差确定,组件出口温度目标值根据座舱供气温度目标值中的最小值确定;使用专家比例-积分-微分(PID)控制方法设计各级温度控制器,温度控制器的设计融入了解耦控制算法和系统保护控制逻辑,控制周期由各级温度控制响应特性确定。系统地面试验与飞行试验结果显示,该座舱温度控制系统响应速度快,抗干扰能力强,控制精度高,满足系统设计要求。

2017 Vol. 38 (S1): 721501-721501 [摘要] ( 48 ) [HTML 1KB] [ PDF 2870KB] ( 72 )
721513 姚裕盛, 徐开俊
基于BP神经网络的飞行训练品质评估

为了弥补现有飞行训练品质评估系统存在的不足,本文提出利用飞行员生理信号和飞行操作参数来构建评估指标体系。建立了基于BP神经网络的飞行员飞行训练品质评估模型,通过已完成训练的网络的权值分布计算出各输入指标对最后评分结果的影响,并通过算例分析检验了该模型的可靠性。检验结果表明:经BP神经网络模型训练得到的结果和样本的专家评分基本吻合,选取的评价指标有效,该评估模型能够有效地将飞行员生理信号与飞行训练参数相结合,对飞行员的飞行训练品质进行评价。

2017 Vol. 38 (S1): 721513-721513 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [ PDF 2770KB] ( 60 )
721515 闫文辉, 薛然然
NACA4412翼型低速绕流数值计算中湍流模型对比

使用Spalart-Allmaras(S-A)、SST k-ω、Gao-Yong 3种湍流模型对NACA4412翼型低速绕流进行了数值计算,研究了尾迹流动松弛效应。对流项采用Roe格式离散,扩散项采用二阶中心格式离散,离散后的控制方程用多步Runge-Kutta显示时间推进法求解。计算中对翼型尾缘流松弛效应进行了分析,比较了翼型表面压力系数、速度剖面、雷诺应力等的分布,3种湍流模型总体上能够较好地模拟NACA4412翼型低速绕流。SST k-ω模型对流动细节及升力系数计算最好,Gao-Yong模型对翼型平均速度剖面及雷诺剪切应力分布计算最准确。

2017 Vol. 38 (S1): 721515-721515 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [ PDF 2730KB] ( 74 )
721522 王津, 杨辉, 王莉平, 董璞
防冰疏水微结构表面的设计

微结构表面具有出色的防水自净性能以及减阻性能,但目前超疏水微结构表面设计制备思路欠缺系统性,很多制备方法也比较复杂,在工程实践方面缺乏指导性。从工程制备的角度,概述了微结构表面设计的经典理论模型和国内外对微结构几何设计的理论研究,探究常用工程材料的理论本征接触角,通过力学平衡分析方法计算仿真确定疏水微观结构几何尺寸、几何截面外形,提出截面线长度及尺寸系数两个疏水微结构设计的参数,归纳了设计疏水微结构的流程,为制备疏水微结构或微结构模具提供理论基础。

2017 Vol. 38 (S1): 721522-721522 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [ PDF 2538KB] ( 40 )
721524 付磊
跨声速压气机转子旋转失速现象的非定常模拟

为研究跨声速压气机转子失速机理,全周非定常数值模拟了某跨声速压气机单转子的失稳过程。结果表明:该转子由叶尖Spike扰动诱发旋转失速。在小流量稳定工作状态,压气机转子叶尖区域存在"旋转不稳定"(Rotating Instability,RI)流动现象。压气机节流过程中,转子进出口的流量降低,叶尖区流场非定常波动幅值增大。近失速状态时,RI扰动团的典型流场结构"径向涡"在叶尖区域形成堵塞,导致相邻叶片前缘间歇性地出现溢流现象。随着压气机进一步节流,转子叶尖的负荷达到极值,叶片通道尾缘逆压力梯度过大,出现倒流。尾缘倒流的出现又进一步增加通道内的堵塞,最终形成Spike扰动。失速先兆对应的流场结构是沿叶片前缘额线向相邻叶片压力面周向运动的"径向涡"结构。

2017 Vol. 38 (S1): 721524-721524 [摘要] ( 48 ) [HTML 1KB] [ PDF 2782KB] ( 84 )
721525 卜建, 刘银鑫, 王艳军
空中交通管制员的眼动行为与疲劳关系

在空中交通管制工作中,管制疲劳程度度量是一项需要长期研究的重要课题。实时测量管制员的疲劳程度,对航空运输系统的安全运行有重要意义。提出以眼动行为特征指标作为反映管制员疲劳程度的依据,利用faceLAB 5.0系统记录了管制员在正常状态和疲劳状态下进行管制模拟实验的眼动数据和绩效数据,分析了管制员的绩效数据与眨眼频率和瞳孔直径两种眼动指标在不同状态下的变化规律。研究发现与正常状态相比,管制员在疲劳状态下的眨眼频率增加,瞳孔直径减小。随着任务时间的增加,被试的绩效变差,眨眼频率增加,瞳孔直径减小,表明被试的工作状态从正常状态转为疲劳状态。统计分析结果说明,眨眼频率和瞳孔直径能够有效地检测管制员的疲劳状态,充分刻画不同工作时段管制员工作状态的变化,为开发实用的疲劳监测系统提供理论基础。

2017 Vol. 38 (S1): 721525-721525 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [ PDF 2167KB] ( 43 )
721526 赵海, 姬云, 李宏刚
不对称推力完全自动补偿技术

研究了一种适用于多发飞机的不对称推力完全自动补偿策略,并针对发动机失效后的不对称推力飞行特性进行研究。首先,推导了横航向达到平衡状态的条件,提出了一种基于发动机转子转速信号的自动补偿控制方法,在保证补偿效果的同时,解决了自动补偿系统可靠性低的问题,该自动补偿控制方法将高压转子转速信号与低压转子转速信号进行逻辑运算,结合高压转子转速差控制副翼和方向舵偏转,再与主飞行控制系统共同作用使飞机达到平衡状态。然后,基于横航向主飞行控制系统具有滚转角保持功能的特点,优化自动补偿控制系统。最后,全包线内建立飞机达到平衡状态的线性化数学模型,设计了不对称推力完全自动补偿控制律。通过MATLAB/Simulink建模并进行仿真验证,仿真结果表明完全自动补偿控制方法对不对称推力飞行具有良好的补偿效果。

2017 Vol. 38 (S1): 721526-721526 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [ PDF 2977KB] ( 47 )
721529 王兴, 晏晓瑜
基于单边效能的纵向操纵适航符合性分析

为满足独联体(CIS)适航相关条例要求,对新舟60飞机现有的单套机械硬式升降舵操纵系统进行了改进。将升降舵左右驾驶联动操纵,改进为卡滞情况下可以断开联动,左右驾驶员分别控制左右升降舵。针对改进情况,通过风洞试验,获得了无动力和带动力条件下单边升降舵卡滞的升降舵效率。根据试验结果分析了纵向操纵恢复飞行品质及适航条例符合性,为后续飞行试验验证及适航取证奠定了基础。

2017 Vol. 38 (S1): 721529-721529 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [ PDF 2385KB] ( 31 )
721532 王荣, 闫溟, 白鹏, 杨云军, 徐国武
飞翼无人机平面外形气动隐身优化设计

对一种双后掠飞翼布局隐身无人机(UAV)平面外形,基于参数化模型和网格自动划分技术,采用气动无黏/黏性数值求解模型和隐身工程评估方法结合单/多目标优化算法,在给定的变量设计空间中完成了气动隐身综合优化设计研究。通过多目标优化给出了布局气动升阻性能相对隐身性能的最优设计边界,指出了外形气动与隐身设计之间存在的冲突关系,即一方性能提升必会使另一方性能降低,不存在双方同时最优的解,飞翼外形设计时需要在气动与隐身间进行权衡折中。计算表明,在飞翼布局外形优化中应采用精度高的黏性气动计算模型。所建立的气动隐身一体化优化设计方法,为飞翼布局无人机外形精细设计奠定了基础。

2017 Vol. 38 (S1): 721532-721532 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [ PDF 2657KB] ( 72 )
固体力学与飞行器总体设计
721530 冯志壮, 钱峰, 程起有, 陈全龙
新型液弹隔振器设计与仿真

针对直升机机身振动水平过大的问题,设计了一种带斜角橡胶件的新型主减液弹隔振器。通过动力学建模计算,分析了液弹隔振器传递特性,讨论了液弹隔振器设计参数对隔振效率的影响。对新型液弹隔振器性能进行了校核,结果表明该设计在各向减振效率高于60%的情况下仍具有高的静刚度,适用于直升机工程应用。

2017 Vol. 38 (S1): 721530-721530 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [ PDF 2508KB] ( 47 )
721544 王伟, 段卓毅, 耿建中, 张健, 李军府
基于CR理论的大柔性机翼几何非线性结构建模

大柔性机翼在气动载荷的作用下,将产生显著的弹性变形,常规线弹性理论的小变形假设不再成立,需要采用能够考虑几何非线性效应的结构模型进行求解。基于CR(Co-Rotational)共旋转有限元理论,把几何非线性大变形分解为刚体的旋转和平移及局部坐标系下的弹性变形,建立了适用于大柔性机翼几何非线性变形描述的结构模型。以大柔性悬臂梁为例,采用载荷增量法,研究了集中弯矩作用下的非线性变形特征,对静力学方法进行了验证,并讨论了耦合加载几何非线性变形特征;以类"太阳神"太阳能布局无人机(UAV)为例,研究了其几何非线性大变形特性。

2017 Vol. 38 (S1): 721544-721544 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [ PDF 2938KB] ( 56 )
721550 王计真, 刘小川
鸟撞平板试验与鸟体本构参数识别方法

准确可靠的鸟体本构模型与参数是开展结构抗鸟撞分析和设计的基础。为获取鸟体本构参数,在139 m/s的速度下,开展鸟体撞击铝合金薄板试验,并测得了撞击载荷、平板变形和应变数据;结合ISIGHT和PAM-CRASH软件,以薄板被撞击位置的法向变形为优化目标,提出一种鸟体本构参数识别方法。将识别得到的参数代入数值模型并开展数值分析,提取平板变形结果和撞击载荷数据,并与试验测试数据进行比较。结果表明,平板变形仿真结果与试验数据具有很好的一致性,撞击载荷分析结果与试验数据基本一致,证明了本文所建立的鸟体本构参数识别方法的有效性。

2017 Vol. 38 (S1): 721550-721550 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [ PDF 2211KB] ( 67 )
721577 雷晓欣, 张彦军, 纪露明, 朱亮
疲劳开裂结构等效分析谱构造方法

为了解决外场疲劳裂纹排故中结构疲劳载荷谱数据不全或过于复杂的问题,提出了一种适用于飞机外场疲劳开裂结构的等效分析谱构造方法。该方法以细节疲劳额定值(DFR)法和结构细节有限元分析为基础,构建地—空—地最大应力与结构疲劳寿命的变化曲线,进而通过寿命反推,获取适用的地—空—地损伤比,以此构建等效分析谱,谱型为等幅谱。通过应用实例,将该方法构造的载荷谱与实测谱进行了对比,确认了该方法的正确性和有效性。

2017 Vol. 38 (S1): 721577-721577 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [ PDF 1868KB] ( 44 )
电子电气工程与控制
721473 武喜萍, 杨红雨, 韩松臣
基于复杂网络的空中交通特征与延误传播分析

空中交通流量管理主要集中在尾随间隔、空中等待等局部战术空中交通流量调配,对空中交通流量整体运行规律、延误传播和整体解决的研究较少。航空运输网络是一个复杂系统,从复杂网络理论角度对航空运输网络进行研究很有必要。首先,分析了空中交通流量网络的度、度分布、权值、权分布、流量、容量、延误等静态特征;然后,提出了空中交通流量网络整体效能评估方法,使用选择性攻击和随机攻击方法分析了空中交通流量网络的抗毁性,基于负荷容量级联失效模型和病毒传播模型与空中交通延误传播的相似性建立了空中交通延误传播模型,最后,使用实际运行数据验证了空中交通流量网络的特征与延误传播模型的有效性,该研究可以为大范围空中流量管理提供决策支持。

2017 Vol. 38 (S1): 721473-721473 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [ PDF 2308KB] ( 44 )
721475 管祥民, 吕人力
基于满意博弈论的复杂低空飞行冲突解脱方法

复杂低空空域环境下多飞行器冲突解脱方法可以有效地提供冲突解脱策略,实时规划飞行器四维航迹,避免飞行器之间发生危险接近事故或者碰撞,从而保障空域运行安全。然而,随着飞行器数目的不断增长,冲突解脱面临"维数灾难",导致问题具有高维度、强耦合等难点。因此,传统的优化方案难以得到令人满意的方案。为了提高冲突解脱效率,保障运行安全,基于满意博弈论方法,考虑低空飞行器运动特点,构建冲突解脱模型,设计冲突解脱方法。飞行器主要采用改变航向角的策略。通过基于条件概率的方法来建立"社会关系",即当前飞机所做的决策对其他飞机产生的影响。每个飞行器在决策时,都会受到优先级比自己高的决策者的影响。基于满意博弈论的冲突解脱方法不仅可以有效地解决当前飞行器的冲突问题,而且兼顾探测范围内的其他飞行器,避免当前解脱策略导致与其他飞行器冲突,实现整体最优化。最后,通过在极端典型飞行冲突场景中实验验证表明,基于满意博弈论的冲突解脱方法可以实时高效实现大规模飞行器的冲突解脱,保障飞行安全且控制经济成本。

2017 Vol. 38 (S1): 721475-721475 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [ PDF 2830KB] ( 38 )
721489 张杨, 吴文海, 汪杰
舰载无人机横侧向着舰控制律设计

舰载无人机横侧向控制一直是着舰控制律设计的难点。为了解决着舰横侧向控制的难题,针对舰载无人机的非线性模型采用了反演控制器设计方法,为解决传统反演的计算膨胀问题,引入了指令滤波方法,同时只设计了一个Lyapunov函数证明了稳定性;由于舰载机动力学模型不能精确获得,采用了自适应方法对其进行估计。设计的横侧向着舰控制器,能较好地解决横侧向控制器设计过程中的耦合问题,并且和传统PID进行了仿真对比,证明了所设计的控制律满足了对参考信号跟踪的性能要求。

2017 Vol. 38 (S1): 721489-721489 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [ PDF 2358KB] ( 31 )
721502 赵密, 王兴隆
基于MIT的扇区流量管理决策

为缓解空中交通拥堵和减少航班延误,建立了扇区流量管理模型,并定义扇区容量超负荷频率指标,提出基于尾随间隔(MIT)的3种扇区流量管理决策方案,分析了郑州某个高空管制扇区8:00~9:00时段流量管理实例,结果表明合理的流量决策方案不仅能够缓解扇区拥堵,而且减少了41%的延误,验证了扇区流量管理决策方案的有效性及实用性,可以为决策者提供一定的决策支持。

2017 Vol. 38 (S1): 721502-721502 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [ PDF 1892KB] ( 26 )
721521 王建锋, 卜忱, 谭浩
基于液压驱动的动态试验控制系统设计

介绍了应用液压驱动形式构建风洞动态试验控制系统的软硬件设计方法,包括液压马达、伺服阀的参数计算及选型,液压伺服位置控制系统设计方案,基于前馈控制和模糊比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation,PID)控制算法的设计思路,简谐运动的实现方法等。通过试验数据分析,该套系统在5°/2.5 Hz和40°/0.8 Hz以下的振幅/频率组合指标运动下,满足幅值差10%和相位差10°以内的控制指标要求,同时分析得到伺服阀死区特性是运动频率对指标造成影响的主要原因,并得出了基于液压驱动的动态试验系统较传统电机驱动系统的优缺点。

2017 Vol. 38 (S1): 721521-721521 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [ PDF 2419KB] ( 27 )
721531 李永锋
宽体客机飞控电作动系统设计

为研究飞控电作动(EPA)系统技术,分析目前服役的国外多电客机空客A380、A350XWB飞控电作动系统、波音Boeing 787飞控电作动系统能源配置、作动器配置及技术特点,提出了国外多电客机飞控电作动系统发展趋势。结合中国电作动研制技术情况,提出中国宽体客机飞控电作动系统2H/2E能源配置方案及电作动系统配置方案,对电作动系统安全性、作动系统电功率、质量进行分析,为中国宽体客机飞控电作动系统研制提供有益参考。

2017 Vol. 38 (S1): 721531-721531 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [ PDF 3271KB] ( 45 )
721551 马培蓓, 雷明, 纪军
均等通信时滞下多UAV协同编队控制

多无人机(UAV)系统编队控制中,时滞是无法回避的问题,研究时滞对多UAV编队形成和系统稳定性的影响,具有重要理论价值。重点研究均等通信时滞下多UAV协同编队控制问题,并获得系统的稳定性条件。首先,设计具有均等通信时滞的协同编队控制律,得到多UAV编队系统的闭环时滞状态方程;在恒定均等时滞下,考虑到系统模型不确定性,基于线性矩阵不等式(LMI)理论得到系统的时滞依赖稳定性条件;最后,进行仿真实验,结果表明多UAV编队系统是稳定的,期望的编队队形能够形成并保持。

2017 Vol. 38 (S1): 721551-721551 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [ PDF 2179KB] ( 50 )
721561 赵启兵, 刘勇
多旋翼飞行器的可控度分析

基于George Klein等提出的可控度近似计算方法,对多旋翼的可控度数值进行求解以用于判断飞行器系统控制的难易程度。首先观察了分析变距四旋翼在一个舵机损坏和一个电机停转2种故障状态以及正常飞行状态的可控度变化。随后分别对变距和定桨距的四、六、八旋翼进行可控度比对分析,研究发现系统可控性的程度与旋翼的数量呈正相关。最后将可控度的概念运用于2种油电混合六旋翼飞行器,与常规电动定桨距六旋翼作对照,研究表明采用合适的构型能显著提高可控度。

2017 Vol. 38 (S1): 721561-721561 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [ PDF 2607KB] ( 34 )
材料工程与机械制造
721512 高俊杰, 俞继军, 韩海涛, 邓代英
树脂基烧蚀材料细观传热特性预测

低密度树脂基烧蚀材料在近年来的深空探测等航天器上得到了广泛的应用,为了更好地提高其隔热能力,需要对其传热机理进行分析,尤其是基于细观尺度的传热分析可以更好地探究其传热机理。依据对树脂基烧蚀材料的细观结构观测和统计分析,建立了不同尺度的单胞理论模型,并将计算结果与实验值进行比较,给出参数化影响规律。同时,建立了有限元随机模型,与实验值进行比较,并给出了基于有限元的参数化影响规律。结果表明,建立的单胞理论模型与实验值的误差,对于两种树脂基烧蚀材料,分别为12%和7.6%左右,从而验证了建立的理论模型的正确性;随机模型所得导热系数值与实验值误差在10%以内,验证了随机模型的正确性。所建模型和参数化分析所得规律对于树脂基烧蚀材料隔热性能的提高和加工工艺的改进具有重要意义。

2017 Vol. 38 (S1): 721512-721512 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [ PDF 2790KB] ( 47 )
721562 王志刚, 杨宇, 段世慧
基于参数化分析的柔性后缘优化设计

介绍了一种自适应柔性机翼后缘变形控制优化设计方法,该方法采用了由单个驱动器驱动的单块式分布柔性结构。该方法的关键在于设计一种合适的柔性后缘结构拓扑形式,使该自适应柔性机翼后缘能够达到精确的变形。阐明了柔性结构拓扑优化设计的数学模型,针对自适应柔性机翼后缘概念设计提出了基于参数化分析的拓扑优化设计方案,并进行了工程化圆整和尺寸优化。最终,通过非线性有限元分析和功能测试,验证了本文提出的柔性后缘优化设计方法的合理性。

2017 Vol. 38 (S1): 721562-721562 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [ PDF 2422KB] ( 48 )

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