人机系统的计算机动态图形模拟

介绍了开发的人－机－环境系统模拟软件MMES的几何建模方法和动态图形显示方法。用实体造型方法建立机器的几何模型,用Bezier曲面表示人体的几何外形。对在整体坐标中测得的人体表面数据进行坐标转换,用各肢体的局部坐标系下的数据表示肢体。将各肢体定义为图形物体,并按一定的次序显示,在SGI工作站上实现了人体系统的动态图形模拟。     

运输机空投的飞行动力学建模及仿真

针对现代大飞机双列式空投及重型空投的发展现状,建立了全量模型研究空投过程中飞机动态特性问题。考虑空投过程中货物与飞机之间的运动耦合及货物非对称布局的影响,分别选取货物、全机作为独立实体,在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导空投过程中货物和全机的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了飞机与货物运动耦合的影响及双列投放时的飞行特性,验证了模型的合理性。     

某型飞机三维运动仿真系统的设计

在3DMAX平台下,利用MAXSCRIPT语言,并结合VC 开发环境开发出某型飞机的三维运动仿真系统。该系统能够自动加载飞机模型以及飞行数据文件,并通过终端输出实时仿真结果,最终可生成视频文件进行保存,从而实现了飞机运动过程的仿真。该系统还可以加载其他飞机模型,具有较大的通用性。以某型飞机一次飞行数据作为测试数据比较,其仿真结果较好。此系统的开发为研究飞机飞行状态与性能提供了比较直观方便的工具。     

待机状态下机翼结冰的快速计算方法

飞机在飞行过程中遭遇结冰气象,尤其是过冷大水滴结冰条件所导致的机翼结冰,将严重影响飞机的气动性能与操纵品质,从而导致飞行故障或飞行事故,是飞机飞行安全的重要影响因素,是飞机研制中必须重点解决的难题。虽然针对结冰已建立有多种计算仿真程序,但快速获得结冰模拟冰形,包括过冷大水滴条件下的结冰模型是工程师们一直追求的解决方案。利用前向多层神经网络,尝试建立了一种针对待机状态下的机翼结冰模型。此方法基于坐标转换原理,将获取的采用直角坐标表达的标准翼型的机翼结冰数据转换为对应的极坐标表达的数据,以飞行参数、气象参数和极坐标角度作为输入,极坐标模值作为输出训练构建出此种机翼结冰模型。使用所建立的模型,仿真预测结果表明该计算方法具备快速性和精确性,其计算精度可满足实际要求。     

全机静力试验控制软件的协调自动控制加载方法

本文介绍了在全机静力试验利用计算机自动控制进行协调加载时,控制软件如何控制飞机姿态;试验加载载荷分配的方法;在各个试验阶段加载分别采取什么样控制方法及在试验过程中人工干予措施等。     

基于预装配精度分析的飞机关键装配工序质量控制技术

针对大型飞机机身部件装配过程中经常出现装配精度超差造成的装配返工、返修现象,提出基于预装配精度分析的飞机关键装配工序质量控制技术。首先,对零部件或在制装配件的关键特性点实际坐标信息进行预处理,包括坐标系转换、数据补偿、数据整合与格式转换;其次,基于装配工艺和实测数据,建立基于实测数据的装配工序精度模型,进行预装配精度分析。最后,以某型飞机中机身壁板装配为例,采用激光跟踪仪获得关键控制特性点的三维坐标实测信息,将处理后的实测数据作为装配精度预测模型的输入偏差进行预装配精度分析,实现了中机身壁板的质量控制。     

相控阵多目标测控系统中的坐标转换

用阵列天线代替传统测控系统中的面天线部分,可以实现在一定空域内对多个目标的连续波测控功能。这种设备在完成多个目标的角捕获和角跟踪过程中,需要完成多个目标预报位置的坐标转换。角捕获和角跟踪过程中采用的坐标系包括地心坐标系、地平坐标系和视线坐标系。本文在介绍了各个坐标系定义的基础上,对系统工作过程中需要的坐标转换过程进行了分析,给出了坐标转换公式。     

五边平行进近冲突风险定量分析模型

针对飞机五边平行进近时飞行冲突,提出了一种五边平行进近飞行冲突定量分析模型。模型通过飞机在任意时刻的标称位置坐标与因不确定性因素导致的航迹偏移量之和,形成飞机任意时刻真实位置坐标,基于此推导出飞机在五边平行进近时冲突风险计算公式。在分析不确定性因素导致航迹偏离时,提出了一种基于布朗运动的随机过程来描述因干扰因素导致飞机随机运动的方法。在建立模型后,使用蒙特卡罗仿真方法计算了飞行冲突概率,结果理想。     

五轴数控加工中心数学模型的建立与实现

多轴加工时,数控软件生成的刀位文件中既包含刀具刀尖点的坐标值,也包含刀轴方位的方向矢量,因此后置处理程序需要将刀位文件中的刀位轨迹坐标转换为机床坐标及相应的回转角度.针对一种五轴数控加工中心,用数学描述的方法建立其坐标变换的数学模型,讨论BC两角可能出现的几种情况,从而解决了其数据转换的问题.在此基础上,利用C 语言开发本模型相应的后置处理程序.实验证明该模型是切实可行的.     

基于高速相机阵列的起飞着陆段航迹测量技术

针对基于GPS的飞机起降性能测试关键段轨迹细节信息描述不清晰、测量精度低的问题,提出一种利用高速相机阵列对飞机的起飞着陆运动过程进行接力拍摄,通过对各站点高速相机拍摄到的图像序列进行分析处理,得到飞机上标志点在图像坐标系中的坐标,利用近景数字摄影测量中三维直接线性变换(DLT)等算法,解算出飞机的位置及速度数据的方法.介绍了该方法涉及的数学模型及其推导过程,并利用坐标观测量数据进行解算,试验证明了该方法有效.     

液体火箭发动机推力室内壁寿命预估

为了分析推力室内壁失效机理及准确预估推力室内壁寿命,对推力室进行流-热-固耦合计算.流-热耦合为热-固耦合提供准确的热和机械载荷,热-固耦合模型对推力室内壁在循环加载下的变形进行非线性平面应变有限元分析.通过计算,得到了推力室内壁在单循环各阶段的应力-应变分布和循环加载下的变形过程,并进行了寿命预估.结果表明:采用的流-固耦合策略能准确地实现流-热耦合模块向热-固耦合模块的载荷传递,能为结构分析提供准确的边界条件.在预冷、后冷和松弛阶段,内壁承受拉应力;在工作阶段,内壁承受压应力.随着循环次数的增加,内壁残余应力和应变不断增大,内壁向燃烧室内鼓起和不断变薄,冷却通道中心最先失效.所采用的分析模型能够模拟内壁在循环热和机械载荷下的变形过程,用于预估推力室内壁的循环寿命.      

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

飞机谱载荷下裂纹扩展的三维约束效应

研究裂纹端部三维应力约束、塑性约束和位移约束等对谱载疲劳裂纹扩展的影响。用适于三维应力状态的修正条带屈服模型 ( Modified Strip Yield Model)计算与裂纹扩展有关的三维约束因子。利用所得约束因子的理论解改进 NASA多年来发展的 FASTRAN-II寿命预测软件 ,使其避免了依赖经验确定的约束因子进行寿命预测的局限 ,仅利用一组常幅疲劳裂纹扩展数据和材料的常规机械性能便可预测飞机谱载下的裂纹扩展寿命。对多种谱型、应力水平、过载比和材料的组合情况进行了分析 ,预测寿命与试验结果吻合很好 ,证明本文方法和改进软件可以用于实际结构的寿命预测。     

基于试验数据识别的金属橡胶有限元仿真方法

金属橡胶工程应用分析常需要1种可以与商用有限元软件相结合,适用于复杂结构设计的快捷数值仿真方法。针对金属橡胶的有限元仿真问题,基于ANSYS软件,发展了基于试验数据识别的横向各向同性材料参数确定方法,并采用循环加载、模型更新的方法,实现了金属橡胶材料受压过程非线性力学特性的仿真计算。结果表明:该方法对立方体件在无约束状态下受压过程进行模拟时,相对误差在10%之内;安装约束使其刚度增大,仿真与试验结果相比规律吻合,刚度的误差在30%之内;环形金属橡胶件在径向受压时,仿真与试验测得刚度的相对误差在25%之内。     

基于最大损伤临界平面多轴疲劳寿命预测方法

基于临界平面法,提出一种多轴疲劳损伤参量和多轴寿命预测模型,与传统损伤参量以最大剪应变变程平面为临界平面不同,该损伤参量以最大损伤平面为临界平面,考虑最大剪应变变程,作用在最大剪应变变程平面上的法向应变变程和最大法向应力对疲劳裂纹萌生与扩展的综合作用,更好地反映非比例加载产生的循环附加强化导致疲劳寿命减小的现象,并且该损伤参量不含经验常数,不需进行平均应力修正,适于工程应用.经3种材料试样多轴疲劳试验验证,该模型预测结果较好.使用该损伤参量对某型发动机涡轮盘传动臂销钉孔寿命进行预测进一步证明以最大损伤平面为临界平面的损伤参量的工程适用性.      

新型铝锂合金AA2198高频疲劳红外热耗散演化规律

利用红外成像技术开展新型铝锂合金AA2198高频疲劳（100 Hz）热耗散演化规律研究,发现不同应力条件下疲劳热耗散呈现上下波动特征,试件平均温度随着加载应力的提升有增加的趋势,但升温现象并不明显,不同应力条件下温度变化幅值小于1℃。疲劳试验初期和疲劳断裂时伴随着急剧升温过程,提出的能量转化理论模型合理解释了疲劳热耗散演化过程。研究还发现,喷丸强化在试件表面形成的残余压应力有助于激发疲劳裂纹的闭合效应,对试件的升温过程具有抑制作用。     

锥面螺栓联接结构承载能力的实验预测

本文用模型试验方法研究了以套齿 (花键)联接的某发动机高压轴的轴向承载能力,分析了双锥面定位联接结构的载荷—变形规律以及它们与传统的螺栓联接结构载荷—变形规律的区别,讨论了影响双锥面联接结构轴向承载能力的因素,同时对某发动机高压轴的承载能力进行了试验确定,并对其装配工艺提出了改进建议。      

CFRP层合板雷击烧蚀损伤模拟的电流加载方式分析

通过改进加载方式减小数值模拟与试验结果误差对于提高仿真准确性具有一定意义。本文探究复合材料层合板在不同形式雷击电流下的烧蚀损伤特性，改进Braginskii 电弧半径扩展公式，建立适用于雷击过程的电弧扩展半径数值模型；基于ABAQUS 建立CFRP 层合板有限元模型，分析不同电流加载方式下的烧蚀损伤情况。结果表明：建立的有限元模型能够模拟CFRP 层合板雷击烧蚀损伤；扩展移动加载造成的损伤面积、损伤深度和损伤体积与试验结果对比误差均约为7%，较其他加载方式仿真结果与试验结果对比具有良好的一致性，模拟复合材料雷击烧蚀损伤时应同时考虑电流扩展和移动的影响。     

机动过程中飞机通气系统性能计算研究

 燃油箱通气性能计算是通气系统设计过程中的一个重要环节。对某型飞机的通气系统进行了分析，在网络算法和时间微分法的基础上，研究了通气系统供油油箱组和非供油油箱组内空气压力的计算模型，并给出了飞机机动过程中油箱组通气的模拟方法。针对某型飞机油箱通气系统，模拟了某一特定机动过程下，各油箱组内空气压力的变化过程，计算结果用于该机通气系统性能的验证，效果良好。     

霍尔推力器内部等离子体流场数值分析

建立以宏观电中性、不同种类粒子间滑移流动为基本假设的一维多流体简化模型，构造了相应的数值计算方法，用于分析霍尔推力器(亦称稳态等离子体推力器，简称SPT)的加速器通道内部物理过程。在适当边界条件以及适当模型常数条件下，能够获得无论在定性还是定量上都与实际比较接近的收敛的稳态解。结果显示，电势降落集中在出口附近，离子加速过程与该电势降落一致；在通道前半段电离比较剧烈，而在出口附近趋于平缓，出口电离度接近80％；由于焦耳加热作用，电子从出口截面向阳极漂移过程中，其温度由初始的约10eV首先提升到接近60eV的峰值，该峰值出现在离出口约1／3通道长度位置上；随后，由于越来越多的能量损耗于电离过程，到阳极附近电子温度降至约25eV。受其中的一些假设所限，本模型不能反映一些特殊区域和某些比较重要的物理过程，同时能够收敛的条件也受到了限制。