民用飞机平尾载荷的不确定性及全局灵敏度分析

针对飞行载荷计算输入数据的随机不确定性会导致载荷计算结果波动的现象，采用Monte Carlo模拟方法和基于方差的全局灵敏度分析方法对民用飞机急剧俯仰机动随机平尾载荷进行不确定性及全局灵敏度分析。具体分析了飞机气动特性和重心的不确定性对迎角贡献平尾载荷、升降舵偏度贡献平尾载荷及平尾总载荷的影响，进一步通过全局灵敏度分析找出影响平尾载荷计算结果的主要因素。不确定性分析结果表明：气动特性和重心的不确定性导致迎角贡献平尾载荷的波动程度很大。灵敏度分析结果表明：1）升降舵偏度贡献平尾载荷只受升降舵效率的影响；2）迎角贡献平尾载荷主要受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数和重心的影响；3）平尾总载荷受升降舵效率的影响最大，受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数及重心的影响次之。此外也验证了方法的有效性，对提高飞行载荷的计算精度有一定的指导意义。     

飞机飞行载荷的简化计算方法研究

飞行载荷分析是一项复杂而繁重的工作,研究一种适用于方案设计阶段飞行载荷的快速分析方法,对于提高飞行载荷的计算效率具有重要意义。基于小扰动线性分析理论,归纳翼身气动载荷、平尾气动载荷、垂尾气动载荷、舵面铰链力矩的理论计算方法,以及升力面的气动载荷分布、惯性载荷分布、剪力和弯矩的工程计算方法。针对某型单座竞技飞机的飞行载荷,以外形尺寸、质量特性和气动导数作为输入,通过Matlab 仿真分析,得到各个部件的气动载荷、惯性载荷、舵面铰链力矩、剪力和弯矩等参数响应。结果表明：该简化方法能够根据较少的输入数据快速求解出各个动力学参数,计算结果可以作为方案设计阶段结构设计的载荷输入。     

基于非定常面元/黏性涡粒子混合法的旋翼/平尾非定常气动干扰

旋翼/平尾非定常气动干扰是导致直升机纵向“抬头（Pitch-up）”现象的主要原因。为在直升机设计阶段准确分析旋翼/平尾非定常气动干扰以及由此引起的低速纵向操纵特性变化,通过涡量等效原则和Neumann物面边界条件建立了适用于旋翼/平尾气动干扰分析的非定常面元/黏性涡粒子混合法。该方法耦合了考虑尾迹时变效应的非定常面元法、黏性涡粒子法及涡量镜面法,以准确模拟旋翼和平尾的非定常气动载荷、旋翼尾迹的非定常特性以及旋翼尾迹对平尾的气动干扰效应。首先通过计算NASA ROBIN（Rotor Body Interaction）旋翼尾迹几何和诱导速度分布,并与实验测量值、时间精确自由尾迹及CFD计算结果对比验证方法的准确性。相比于时间精确自由尾迹,本文方法计算精度更高。随后分析了旋翼/平尾非定常气动干扰对平尾向下气动载荷和气动导数的影响,并分析了平尾构型对旋翼/平尾非定常气动干扰的影响规律。分析表明：旋翼尾迹与平尾干扰导致低速状态的平尾载荷突增,气动导数反号;低平尾气动载荷突增较大,高平尾较小,但高速气动导数反号;前置平尾载荷突增量减小,但对应速度范围较宽;右旋直升机右平尾载荷突增量较小,但气动导数特性基本不变。     

民用飞机后机身壁板控制失效模式和控制载荷工况分析

为了明确载荷对典型民用飞机的后机身加筋壁板结构设计的影响,建立低平尾式飞机后机身的有限元模型,计算分析了壁板的应力应变分布,计算分析了壁板不同区域的控制载荷工况、控制失效模式。通过对比不同失效模式各自所占的比例,证明后机身壁板结构的主要失效模式是屈曲以及最大应变准则。通过对比不同控制载荷工况各自所占的比例,选出后机身壁板结构的主要控制载荷工况。     

三翼面飞机前／后操纵面协调偏转对飞行载荷的影响

基于静气动弹性分析方法，对三翼面布局飞机进行飞行载荷分析，研究了平尾升降舵和前翼操纵面协调偏转关系的变化和动压变化，对配平关系和气动面载荷分布的影响。结果表明：平尾升降舵和前翼操纵面协调偏转关系对于配平和前翼、平尾的载荷分布有重要影响，在开展这类飞机的气动性能和结构强度设计时，有必要通过特殊方法（如优化方法）对协调偏转关系进行综合设计。     

弹性飞机跨声速机动载荷计算方法

基于跨声速非定常气动力求解的重叠场源法,开展了弹性飞机跨声速机动载荷计算方法研究,为现代飞机结构强度设计提供更加可靠和精确的临界载荷计算方法。首先通过采用重叠场源法求解关于62%根弦俯仰振荡的LANN机翼在马赫数为0.822的非定常气动力并与实验结果进行对比,验证了重叠场源法对跨声速激波效应预测和非定常气动力计算的能力;其次应用频域气动力有理近似技术拟合场源法计算得到的广义气动力系数矩阵,建立了机动载荷分析的状态空间模型;然后完成了某型民用飞机俯仰机动载荷分析,研究了俯仰机动飞行情况下飞机机体状态量及飞机部件载荷响应规律。计算结果表明：考虑机体弹性变形后,机翼和平尾气动载荷响应最大值分别减小了5.1%和10.6%,升降舵气动载荷响应最大值增大了16.2%,在飞机结构强度设计中必须考虑机体弹性效应对飞机部件载荷的影响。     

飞机结构部件飞行载荷估算方法研究

介绍一种考虑飞机各部件间相互影响（干扰）的气动载荷估算方法。把该方法用于估算全动平尾的飞行载荷,并用它估算了Ｆ－７全动平尾在对称机动情况下的飞行载荷,且与飞行实侧载荷作了比较。结果表明,估算和实测载荷相差１０％左右。这种估算方法,在飞机设计阶段,可用于估算飞机其它部件（机翼、垂尾等）飞行载荷。     

民用飞机高升力系统设计载荷计算

民用飞机高升力系统是影响飞机起降性能的一个关键系统,根据高升力系统设计特点,探讨翼面气动载荷、驱动装置驱动能力、设备传动效率和阻力、卡阻、脱开故障与系统设计载荷关系,系统阐述由设计输入襟缝翼气动载荷计算高升力系统各设备的设计载荷计算流程,得到适用于工程应用的高升力系统载荷计算方法.     

带主动控制技术飞机平尾机动载荷计算研究

研究了采用主动控制技术飞机飞行参数对平尾机动载荷的影响,包括带纵向控制电传操纵系统和“硬连接”状态,气动特性考虑弹性修正和不考虑弹性修正等方案。给出了这些状态下飞行参数的变化规律,计算了这些状态平尾的机动载荷,得到了一些规律性的结论,可以用于飞机型号设计中。     

三翼面飞机前翼和平尾机动载荷优化配置

对三翼面飞机两种典型机动状态下的飞行载荷进行了分析,提出了一种适合三翼面飞机机动载荷优化配置的方法。讨论平尾升降舵与前翼操纵面之间的协调偏转率变化以及飞行动压变化,对配平参数、铰链力矩和载荷分布的影响。指出协调偏转率变化会引起平尾升降舵和前翼操纵面的配平角度、铰链力矩以及平尾和前翼载荷分布的显著改变,在设计时应该对协调偏转率加以选择,从而对平尾和前翼的载荷进行综合优化配置。     

一种获取飞机RAT带载能力的试飞方法

飞机RAT的实际带载能力不仅取决于飞机空度,而且受到飞行姿态的制约,很难用理论公式准确推算。提出了一种飞行试验方法,分析特定的试飞测试数据,可获得飞机RAT的实际带载能力。试验包括RAT平飞带载和RAT侧滑带载两部分试飞。通过RAT平飞带载试验,得到不同重量下的RAT空速与飞机空速的关系曲线;通过RAT侧滑带载试验,可得到不同侧滑角飞行下RAT空速与飞机空速的关系曲线。结合试验结果,可以确定飞机在任意重量和飞行姿态下的RAT空速,进而获知RAT实际带载能力。     

飞机发动机固定装置的载荷计算方法

飞机发动机固定装置是飞机的重要结构之一,它除了支承庞大发动机结构外,还要承担飞机的动力传输,故其强度问题是该部件的设计关键。解决该问题时首先必须知道结构上承受的载荷,然后逐一校核该装置的零件强度。因此,如何准确计算发动机固定装置的载荷,对飞机的设计乃至其飞行安全都有着重要意义。本文采用常规力学计算方法和有限元计算方法对载荷计算进行了探讨。     

直升机升力面气动载荷研究

本文介绍了计算直升机升力面气动载荷沿展向和弦向的分布以及气动中心的方法，并以法国“小松鼠”直升机SA350B1的垂尾为例进行了计算，获得了满意的结果。     

In-situ observation and finite element analysis of fretting fatigue crack propagation behavior in 1045 steel

In this paper fretting fatigue crack behavior in 1045 steel is studied by in-situ observation and finite element analysis. in-situ fretting fatigue experiments are conducted to capture real-time fretting fatigue crack formation and propagation process. The fretting fatigue tests under different load conditions are carried out, then the lifetime and fracture surface are obtained. The crack propagation rates under different loading conditions are measured by in-situ observations. With in-situ observation, crack initiation location and direction are analyzed. Finite element model is used to calculate J-integral which then is applied to fitting with experimental crack growth rate, and establishing crack growth rate model. From fitted S-N curve, it turns out that smaller load ratio leads to higher lifetime. Crack initiates slightly below the point equivalent to line contact of the contact surface in different test conditions, and crack direction shows no obvious relationship with load parameters. The established crack growth rate model well agrees with the test results.     

桨毂三维有限元应力分析

某型螺旋桨毂坐标系的确定,此桨毂为整体形结构,沿径向均匀装置四个桨叶,如图1所示,以飞机飞行方向定位,桨毂旋转平面定为XOY平面,沿桨叶轴线方向为X轴坐标,在旋转平面内与X轴垂直方向为Y坐标,Z轴坐标则为通过旋转轴心而与飞行方向相反的轴线。在旋转平面的后端面,用端齿与发动机主轴连接,以传递扭矩及轴向位伸;其前端面安装螺旋桨整流罩,罩内装置液压调节活塞,整体结构内为空心,桨叶变距机构由此空间操纵四个桨叶。桨叶的离心力和气动力通过桨轴传递至桨毂。      

Load distribution strategy for multi-lift system with helicopters based on power consumption and robust adaptive game control

It is of great significance to reasonably distribute the slung load to each helicopter while considering difference in power consumption, relative position and interaction comprehensively. Therefore, the load distribution strategy based on power consumption and robust adaptive game control is proposed in this paper. The study is on a “2-lead” multi-lift system of four tandem helicopters carrying a load cooperatively. First, based on the hierarchical control, the load distribution problem is divided into two parts: the calculation of expected cable force and the calculation of the anti-disturbance cable force. Then, aimed at minimizing the maximum equivalent power of helicopter, an optimization problem is set up to calculate the expected cable force. Specially, the agent power model is trained by BP neural network, the safe distance constraint between helicopters is set to 2.5 rotor diameters to reduce aerodynamic interference, and the helicopters with different performance can be considered by introducing the equivalent power factor into the objective function. Next, considering the difference and interaction between helicopters, the robust adaptive differential game control is proposed to calculate the anti-disturbance cable force. Particularly, to solve the coupled Hamiltonian equations, an adaptive solving method for value function is proposed, and its stability is proved in the sense of Lyapunov. The simulation results indicate that the proposed load distribution method based on power consumption is applicable to the entire flight trajectory even there are differences between helicopters. The game control can consider interaction between helicopters, can deal with different objective functions, and has strong robustness and small steady-state error. Based on the entire strategy, the cable force can be reasonably allocated so as to resist disturbance and improve the flight performance of the whole system.     

Review of state of the art in smart rotor control research for wind turbines

This article presents a review of the state of the art and present status of active aeroelastic rotor control research for wind turbines. Using advanced control concepts to reduce loads on the rotor can offer great reduction to the total cost of wind turbines. With the increasing size of wind turbine blades, the need for more sophisticated load control techniques has induced the interest for locally distributed aerodynamic control systems with build-in intelligence on the blades. Such concepts are often named in popular terms ‘smart structures’ or ‘smart rotor control’. The review covers the full span of the subject, starting from the need for more advanced control systems emerging from the operating conditions of modern wind turbines and current load reduction control capabilities. An overview of available knowledge and up-to date progress in application of active aerodynamic control is provided, starting from concepts, methods and achieved results in aerospace and helicopter research. Moreover, a thorough analysis on different concepts for smart rotor control applications for wind turbines is performed, evaluating available options for aerodynamic control surfaces, actuators (including smart materials), sensors and control techniques. Next, feasibility studies for wind turbine applications, preliminary performance evaluation and novel computational and experimental research approaches are reviewed. The potential of load reduction using smart rotor control concepts is shown and key issues are discussed. Finally, existing knowledge and future requirements on modeling issues of smart wind turbine rotors are discussed. This study provides an overview of smart rotor control for wind turbines, discusses feasibility of future implementation, quantifies key parameters and shows the challenges associated with such an approach.     

基于飞行参数的舰载机拦阻力统计建模与预计

拦阻钩是舰载飞机最重要的特征部件之一，对其受载进行测量、统计建模与预计具有重要的工程意义。在飞机拦阻动力学分析基础上确定了飞行数据统计建模所需的关键参数，结合某型机载荷试飞、机舰适配性试验，实测研究了飞机拦阻实际受载特点，采用线性或非线性方法统计建立了最大拦阻力与常规飞行参数之间的拟合函数关系，并得到了最大拦阻力的预计模型。建模、验模与预计结果表明，所选关键参数合理，能够充分反映拦阻钩的受载及其主要影响因素，采用纵向过载、啮合速度和发动机高压转速等参数建立的拦阻载荷统计模型可用于拦阻着陆或着舰试验时最大拦阻力的有效预测。     

一种新的自由涡尾迹计算方法

在使用自由涡理论进行旋翼气动计算时,尾迹几何结构的确定是计算旋翼气动载荷以及空间流场计算的关键。发展了一种新的自由涡尾迹结构计算方法,该方法能快速得到收敛的尾迹结构,能比较准确地计算桨叶载荷分布。算例与实验数据的比较验证了该方法的正确性。     

结构试验加载系统配重的优化设计方法

针对结构试验设计中配重问题,利用计算机软件技术,研究了如何描述试验加载系统以及系统配重方案设计的实现方法.采用二叉树森林数据结构来描述结构试验的杠杆加载系统,使得杠杆加载系统的配重方案自动化设计成为可能,在此基础之上对加载系统配重方案的优化设计方法进行了研究.通过本文的工作,设计人员可准确而有效地完成整套杠杆系统配重方案的设计,杠杆加载系统配重方案设计变得非常快速、方便,设计效率与精度较传统设计有了极大的提高.