机床立柱高比刚度结构仿生设计

提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行重新设计,使其发挥骨架的作用.对原型及仿生型立柱进行了静力、模态及瞬态动力学分析,经过有限元分析发现,立柱的质量减小,比刚度结构效能得到了较大的提高,其静动力学性能也有明显的改善.      

基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计

针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行筋板结构参数优化.有限元分析结果表明,相对于原型盖板,结构参数优化后的仿生型盖板质量减小,比强度结构效能有较大提高,静力学性能明显改善.     

大展弦比联接翼结构重量估算

联接翼是一种将前翼和后翼连接在一起的飞行器创新布局形式.针对飞机总体设计阶段需要知道飞机结构重量与气动外形参数之间关系的问题,提出了一种建立大展弦比联接翼布局飞机外形参数与结构重量之间关系的方法.该方法首先应用结构有限元的参数化建模和结构优化方法获得联接翼的结构重量,然后应用试验设计法和响应面模型获得外形参数与其结构重量之间的定量关系.应用这种方法,获得了某大展弦比联接翼结构重量与其外形参数(包括前翼展长、后翼展长与前翼展长之比、前翼展弦比、前翼上反角、前翼后掠角、前后翼根弦前缘纵向距离以及前后翼根弦前缘垂直距离)之间的关系.所获的计算结果对联接翼布局飞机总体参数的确定具有参考价值.     

仿生扑翼机构的设计与运动学分析

仿生扑翼机构的设计以实现昆虫的扑翼形式为目标,通过仿生学与工程实际相结合,将昆虫复杂的扑翼运动分解为平扇与翻转两个基本动作,同时这两个自由度必须协调运动.仿生扑翼机构主要包括并联的两组曲柄摇杆机构与差动轮系两个部分,由直流伺服电机作为驱动,将曲柄的连续旋转输入转换为翅膀的平扇与翻转两自由度复合运动输出.通过建立运动模型对仿生扑翼机构进行运动学分析,得到扑翼的扇翅角及翅攻角与时间的关系曲线,然后选择合理的扑翼机构几何参数及齿轮副的传动比构筑扑翼机构样机,实现了预期的扑翼形式.      

翼身融合布局客机的客舱设计

翼身融合作为一种新型民机布局,其客舱设计较常规布局有很大不同.以翼身融合布局客机客舱为研究对象,结合其自身特性,确定了与客舱设计相关的适航条例和舒适性要求;确定基本布局方案和客舱参数化设计方法;以250座三级布置为例,对客舱区座椅和设施等进行了详细布置.结果表明,翼身融合布局客舱的参数化方法是可行的,能够满足飞机系列化发展对客舱灵活布置的需要.但应急撤离设计方案是否满足90s撤离适航要求的应急疏散问题还有待进一步的实验验证.     

胸鳍扑翼式机器鱼的设计及水动力实验

提出了一种基于胸鳍拍动推进的仿生机器鱼的设计模型,并对其进行了水动力实验研究.首先根据仿生对象的胸鳍运动和结构特点设计了由直流伺服电机驱动的扑翼式机器鱼,然后设计了推力测试实验装置,在北京航空航天大学机器人所的低速水洞中完成了机器鱼的推力和功耗测试实验,获得了推力系数和效率随Sr(斯特劳哈尔数)变化的曲线.实验结果表明最大推力系数和效率都在Sr=0.4时达到,该结果与前人关于游动和飞行生物保持高效推进时Sr的范围一致.机器鱼的自由航行实验进一步验证了水洞测力实验结果,最大航行速度可达0.64 m/s,约1.5倍身长比,相比国内外的同类仿生机器鱼具有较大的速度优势.实验结果表明:该仿生设计模型可以很好地模拟牛鼻鲼的推进方式,较大提高胸鳍扑翼式机器鱼的速度,为仿生水下航行器的设计提供了一种思路.      

翼身融合布局客机客舱布置快速生成原型系统

翼身融合布局（BWB）客机的客舱布置方案在很大程度上决定了其气动外形，筛选出一种合理的客舱布置方案是BWB客机概念设计的一项重要任务。为了提高BWB客机客舱布置设计的效率，应用基于知识工程（KBE）的方法，将BWB客机客舱布置的知识和规范融入在客舱布置几何模型创建过程中，开发出了一个BWB客机客舱布置快速生成的原型系统。分别以300座和400座BWB客机为例，验证该原型系统的有效性。结果表明，只需输入客舱布置设计要求和主要参数，该原型系统即可自动地生成客舱布置方案。所开发的原型系统为BWB客机客舱设计提供了一种快速的途径。      

基于Patran/Nastran的结构优化系统的工程应用

采用基于有限元软件Patran/Nastran二次开发的结构优化系统,对两个卫星结构进行了以重量为目标、考虑基频和应力等约束的优化设计.系统由用户在Patran环境下完成问题建模,优化过程中调用Nastran作结构分析并结合二级多点逼近算法寻优.设计对象是由蜂窝夹层板、不同截面形状梁、板壳等组成的典型复杂航天器结构,设计过程中还利用人机交互技术,最终使重量明显降低,为工程部门改进设计提供了依据.算例结果之一与其他结构优化系统结果一致,进一步说明了所开发系统的正确性.     

民用飞机机翼结构快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机翼结构及整体油箱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能.定义了飞机翼面坐标系,提出了机翼、梁/墙、桁条、翼肋和蒙皮的参数化描述及模型构建方法,建立了交互式机翼结构及油箱三维设计环境,自动获取结构及油箱的体积、重量、重心和惯性矩等物理信息.在此基础上,实现了机翼结构和整体油箱的自动化模型调整及几何体质量特性的自动重算,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,给出设计实例说明了机翼结构的设计和自动化调整方法是有效的.     

导弹的RCS计算研究

 综合应用高频RCS分析方法,包括物理光学法、几何绕射理论、物理绕射理论和等效电磁流法等计算了导弹各种散射源如平板、圆柱、二次曲面、边缘等的RCS.结合计算行波和二面角散射的经验公式,计算了导弹整体的RCS.计算结果与测试结果吻合较好,表明如果对目标的散射源分析正确、模拟准确,高频方法的计算结果可以满足工程分析的需要.其主要散射源在头向为雷达天线或红外导引头,在侧向为弹翼之间的二面角以及弹身、弹翼.     

飞机环境控制系统并行设计

基于飞机环境控制系统(ECS)的研制,分析了系统设计的结构层次,借助于近年来飞速发展的信息技术、设计技术、仿真技术,提出了基于系统管理-结构设计-系统仿真为一体的面向对象的系统并行设计框架.设计体系贯穿于飞机环境控制系统设计的全生命周期.      

基于结构件实例库的飞机机体结构快速建模

为充分利用和借鉴已有的飞机结构件设计方案实例信息,研究了面向对象的参数化结构件实例描述方法,提出了飞机结构件实例库的总体框架并开发了系统的原型.研究了基于实例库的飞机机体结构设计措施及建模方法,提出了翼面结构和机身结构的参数化描述和模型构建方法,并在一个开放式的飞机总体设计环境中完成了基于实例库的飞机结构快速设计功能.最后通过应用示例说明了该系统和方法的有效性.     

高级教练机总体设计方案优化选择

教练机研制过程中的一个主要考虑因素是提高效费比.介绍了评估教练机训练效能的作战分析法,研究了双三角机翼布局飞机空气动力特性的工程计算途径以及飞机性能指标的确定方法.然后以训练效能作为目标函数,采用多变量数值寻优方法,在战术技术指标及相关几何约束条件下,对某高级教练机的双三角机翼气动布局方案进行了优化选择.算例表明最优方案不仅比原准方案具有更高的训练效能,还改善了结构的受力情况,与工程实践吻合.     

双三角翼飞机气动力工程计算研究

 双三角机翼比三角机翼气动布局具有更优越的升阻特性.飞机空气动力的工程计算是用数值方法寻求飞机最优设计方案的基础.采用基于面积比思想的半经验工程算法计算了双三角翼飞机的升力系数曲线斜率、零升阻力系数和诱导阻力因子.结果经风洞试验数据校验,精度完全能满足飞机方案设计要求.算法在某改型飞机方案设计中得到了成功的应用.     

基于Pareto遗传算法的复合材料机翼优化设计

针对某型飞机设计过程中遇到的副翼反效问题,提出了复合材料机翼满足气动弹性要求的优 化方法,构造了一种基于Pareto最优解定义的多目标遗传算法——Pareto遗传算法.该算法 以权重信息为基础建立Pareto解集过滤器,引入小生境技术等实现Pareto前沿面的求解.测 试函数计算表明该算法有较好的收敛性.以复合材料机翼的升力系数和滚转力矩系数为目标 函数,采用Pareto遗传算法进行计算得出一组Pareto最优解集,计算结果表明,给出的方案 能够满足工程需求,为决策者提供了多种可选方案.      

飞机结构产品的数字化定义

为满足数字化飞机研制环境对结构产品定义的要求,借鉴国外航空企业成功经验,总结了飞机结构产品数字化定义内容的构成.定义了数字化定义中基准类型,并给出应用实例.定义了飞机设计中数字样机的概念,以及其应用范畴.对数字化条件下加工制造进行分析,给出了二维制图的指导原则.提出了融合传统制造信息的概念,总结了工艺信息、质量控制信息在数字化定义中的应用.分析了数字化定义内容信息颗粒度,建立了基于层表的数字化信息管理模式.最终为建立满足航空工业数字化工程中数字化定义技术的应用提供了参考依据.