叶盘结构特征设计的并行方法研究

以高推比航空燃气涡轮发动机压气机部件中的新结构－－叶盘为对象，探索了基于并行工程的产品设计关键技术；考虑设计、分析和工艺等要求的特征建模方法。在微机ＣＡＤ平台初步实现了叶盘统一建模，设计约束检查。并进行了设计模型与有限元计算模型的数据传输，完成了整体叶盘的基本强度和振型分析。     

面向气热耦合的涡轮叶片计算域模型建模方法

针对冷却结构复杂的涡轮叶片在气热耦合数值模拟中计算域模型建模效率低、模型质量不稳定以及对数值模拟适应性差等问题,分析面向制造的涡轮叶片模型及建模方法,结合气热耦合数值模拟对涡轮叶片数值模拟的实际需求,提出一种面向气热耦合的涡轮叶片计算域建模方法。通过外型冷却特征自动定位生成算法,创建涡轮叶片冷气域部分;通过自适应管道求交算法、边界自动匹配算法,创建能够适应不同叶型的涡轮叶片燃气域部分;此外,在创建流体域的过程中提取气热耦合数值模拟所需的关键几何特征及非几何信息,并与冷气域、燃气域、叶片实体集成,完成气热耦合计算域模型的生成。基于以上研究开发涡轮叶片气热耦合计算域模型快速建模系统,验证所提方法的有效性。      

基于STEP/AP203的CAD几何平台设计方法研究

介绍在STEP/AP203标准语义模型共享为基础的CAD/CAM系统集成中,一般几何表示的设计原理与方法.STEP标准提供了以面向对象为基础的软组件结构实现的可能,因而,扩大了CAD/CAM集成系统在面向需求变化中的开放性.文中给出了一般框架, 允许采用不同的图形包几何表达AP203语义模型.     

基于模板数据库的工程CAD拓扑建模方法

应用模板数据库的方法,进行工程CAD管网拓扑建模.通过将工程对象抽象为很多具有各自特征的拓扑结构模板,建立拓扑模板数据库.在模板数据库基础上设计了一种松耦合的3层体系结构的工程CAD管网建模系统.此体系结构包括:用户层、库管理层、数据层.库管理层能够对拓扑模板进行方便快捷的管理、扩展,从而可以高效地建立和维护管网模型的拓扑结构;数据层提供统一的数据接口,使得不同领域之间可以共享拓扑模板数据.系统的层次结构分明,系统模块之间的依赖关系低,并且易于实现.采用本系统能够大大提高管网模型的建模效率和兼容性.     

直升机概念设计中的部件参数化

为了满足直升机概念设计阶段对方案快速建模的要求,在面向对象技术的基础上提出了直升机概念设计阶段部件的建模分类方法,并且建立了一个计算机辅助直升机概念设计系统.应用非均匀有理B样条NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面和基于特征的部件造型技术,实现了各种型式直升机方案的参数化建模.其中结合设计参数提出了旋翼的桨叶、桨尖、桨毂以及整流罩的描述参数,并对涵道尾桨进行了分段造型处理.最后给出了该系统中生成的两个设计方案作为实例以验证所提出方法的便捷性和有效性,这些方法也为进行设计方案的性能分析和优化等后续工作奠定了基础.      

基于计算机视觉的UAV自主空中加油半物理仿真

设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机（UAV,Unmanned Aerial Vehicle）自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管（LED,Light Emitting Diodes）标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油锥模型,并设计了加油锥运动状态预估算法.在此基础上,设计了基于线性二次型调节器（LQR,Linear Quadratic Regulator）的飞行控制律.基于上述技术,在实验室环境下设计开发了基于单目机载摄像机的无人机自主空中加油半物理仿真平台.半物理试验结果表明：所设计的位姿匹配算法和飞行控制律能够满足复杂环境下无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性.     

航空发动机转子系统建模方法和振动特性分析

针对现代航空涡扇发动机转子系统的结构和力学特征,运用有限元法对其低压转子进行了有限元建模方法和动力特性研究.分别采用二维梁单元和三维实体单元建立转子系统的有限元模型,对其动力特性计算结果进行比较分析,在此基础上,提出了等效圆盘法进行有限元建模的等效原则.等效圆盘法将转子系统的叶片等效为刚性圆环,既能保留转子系统的结构和力学特征,又能有效地控制模型规模,将周期问题转化为轴对称问题,便于有限元程序的求解计算.计算结果表明,该方法是一种适用工程实际的有限元建模方法.     

飞机机电综合管理框架下燃油系统建模与仿真

机电综合管理框架下,设计了基于Simulink的某型飞机燃油系统仿真平台,阐述了平台各系统的工作原理和实现方式,实现了飞机燃油系统的压力加油、发动机供油、交叉供油等功能,利用热时间常数计算法对飞机不同飞行阶段的燃油温度进行了模拟,采用建模方法对燃油泵的电气故障特性进行了分析.仿真结果表明:该燃油系统仿真平台有效地实现了实际燃油系统的所有功能特性,为飞机燃油系统机电综合管理的实施和优化提供了有利支撑,同时为飞机燃油系统的故障诊断与容错设计提供了仿真实验平台.     

知识驱动飞机翼面结构快速设计

为提高飞机翼面结构初步设计阶段的质量和效率,对飞机翼面结构的建模过程进行研究.定义了结构布局坐标系及构件位置参数引用规则,提出了基于模板的翼面结构快速建模的方法.选择适合的参数化工具开发了知识驱动的飞机翼面结构的快速设计系统,将设计方法、规则及专家经验等知识进行封装,实现了翼面结构的自动布局并生成布置模型.在此基础上针对模型不同单元的生成逻辑,分别进行了实体模型的建立,通过用户自定义特征(UDF, User-Defined Features)技术进行几何特征体的参数化建模,在布置模型基础上自动实例化.最后通过飞机机翼翼盒结构实例验证了方法的可行性和有效性.     

知识驱动飞机翼面结构快速设计

为提高飞机翼面结构初步设计阶段的质量和效率,对飞机翼面结构的建模过程进行研究.定义了结构布局坐标系及构件位置参数引用规则,提出了基于模板的翼面结构快速建模的方法.选择适合的参数化工具开发了知识驱动的飞机翼面结构的快速设计系统,将设计方法、规则及专家经验等知识进行封装,实现了翼面结构的自动布局并生成布置模型.在此基础上针对模型不同单元的生成逻辑,分别进行了实体模型的建立,通过用户自定义特征(UDF,User-Defined Features)技术进行几何特征体的参数化建模,在布置模型基础上自动实例化.最后通过飞机机翼翼盒结构实例验证了方法的可行性和有效性.     

基于特征造型技术的涡轮叶片参数化设计

针对航空发动机涡轮气冷叶片的结构特点,提出了叶片参数化建模的特征分类形式.然后,利用特征造型技术开发涡轮叶片的参数化设计系统;并以直背涡轮叶片为具体实例阐述了该参数化模块的开发过程,为航空发动机典型结构件的参数化奠定了基础.      

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 在STEP应用过程中,由于现有应用协议的局限性,使得实现多个应用协议的操作变得困难,一致性得不到保证,也限制了对模型的扩展.本文结合AP214,讨论了一种基于应用协议的建模方法.通过结构化应用领域的产品信息,对产品信息进行分层,提出了产品信息的4层结构.通过建立产品在4层结构上的模型,实现产品信息逐渐细化的过程,最终得到适于计算机表达的产品信息模型.应用此建模方法,用户可以灵活方便地创建产品信息模型,实现对模型的扩展,保证语义一致性.     

叶片电解加工阴极设计CAD/CAE/CAM专家系统

为了解决航空发动机叶片电解加工工具阴极设计自动化程度较低的难题,在电解加工基本原理的基础上,开发了专用的叶片电解加工计算机辅助阴极设计制造专家系统,主要介绍了该专家系统的基本结构、模块化组成和工作原理,并重点探讨了基于间隙内实际电场分布的叶片电解加工有限元阴极设计方法,最后通过一组工艺试验验证了该专家系统所设计阴极的加工精度.试验结果表明开发的阴极设计专家系统有较高的设计精度和良好的工作稳定性.      

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.     

飞机发动机叶片缺陷的差激励涡流传感器检测

针对某型号飞机发动机涡轮叶片上预制的微裂纹缺陷进行了检测研究.基于涡流检测技术设计并研制了一种尺寸小、灵敏度高的差激励探头,应用有限元分析软件开展了叶片微裂纹缺陷仿真分析.为了实现叶片的自动高效检测,设计并采用数控多自由度扫查台来控制采集过程,实现了对叶片表面裂纹缺陷的快速扫查检测.采集信号经过信号调理电路,A/D转换后输入计算机,完成信号的保存、处理和输出.通过对比实验结果与仿真结果发现,研制的差激励式涡流传感器可以有效地实现对叶片类零件表面微裂纹位置的判定,对涡轮叶片类零件微缺陷早期诊断评估具有一定的现实和借鉴意义.      

面向涡轮叶片方案优化的变保真度设计系统

提出了面向涡轮叶片初始设计的变保真度的多学科设计优化方法,建立了自动化的设计系统以提高设计效率.该系统集成了分析工具和设计团队以及数据管理系统,使得设计过程自动地运行.开始设计阶段使用基于经验公式的低保真度模型;优化中的三维仿真过程使用基于精确的流体分析和结构分析的高保真度模型.过程按照模型保真度的不同分3个阶段,渐近地获得最优解,同时考虑非设计点的优化.通过实验设计搜索并逐渐缩小设计空间,使得高保真度分析所带来的计算成本得以减少.最后以一个2级轴流涡轮的叶片初始方案设计验证了本设计系统.