基于CAD模型的涡轮叶片误差检测系统

涡轮叶片型面误差检测是其制造过程中的重要环节.研究了涡轮叶片型面误差检测关键技术的实现方法,提出了基于测量数据的叶片截面关键参数的自动提取方法以及测量数据与计算机辅助设计(CAD)模型的坐标配准方法,制定了衡量叶片截面轮廓度、倾斜度、弯曲度和扭曲度的评估指标,并基于UG平台开发了叶片型面误差检测系统.应用实例表明,该系统可显著提高叶片的误差检测速度和分析质量.      

基于引导线的涡轮气冷叶片伸根建模方法

发动机涡轮气冷叶片伸根段是复杂的过渡曲面,设计过程繁琐.针对伸根段的几何结构特征,提出了基于引导线的伸根过渡曲面建模方法,由伸根段边界条件生成引导线,使用最小能量法优化引导线,以此为基础完成伸根段的建模,实现了指定高度截面面积修改.开发了伸根段参数化建模模块,提高了叶片设计效率,并为航空发动机复杂过渡曲面参数化建模提供参考.     

民机初始备件方案的优化

针对航空公司降低初始备件费用、提高机群出勤率的运营需求,提出了基于最大化边际效应的初始备件方案优化方法.介绍了以单类产品为对象、以保障概率为约束的泊松分布备件计算模型,并使用该模型计算了一个初始备件方案案例.给出了以初始备件项目清单为对象、以备件费用为约束的使用可用度最大的优化模型和实施步骤.利用备件优化软件对初始备件方案案例进行了备件费用相同和使用可用度相同两种情况下的优化,给出了费用-效能曲线图和优化方案数据表,通过曲线图上数据的比较可以看出使用可用度和备件费用分别得到了提高和降低,通过对数据表的分析可以看出各类备件数量变化的趋势符合备件优化模型原理.结果表明优化方法对解决航空公司的初始备件方案优化问题具有良好的适用性.     

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.      

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.      

涡轮叶片的网格参数化方法及其寿命可靠性优化

涡轮叶片的寿命可靠性优化对保障发动机安全，提高发动机使用寿命具有重要意义。传统的确定性优化由于没有考虑不确定性因素的影响，其结果往往导致结构可靠性低，严重威胁发动机的安全。针对复杂的含气膜孔几何变量的涡轮叶片几何构型，提出局部参数化网格变形方法，在关注的叶片前缘部分采用六面体网格，并利用局部网格变形法实现其参数化变形，其他部分采用四面体网格，以缩短其网格划分时间，提高其网格划分效率。所提方法实现了不确定条件下的含气膜孔几何变量涡轮叶片的寿命可靠性优化，在满足可靠性约束和几何约束的条件下，使得涡轮叶片基于不确定性的寿命均值提高了18.36%。     

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。      

分析驱动设计方法研究与应用

对产品设计过程中的大量迭代现象,从设计方法上进行了深入分析与高度总结,提出了分析驱动设计(ALD)方法,定义了设计信息(DI)、设计活动(DA)、设计模型(DM)、设计文件(DF)和分析驱动设计流程(ALDF)等基本概念.分析驱动设计方法的核心内容是分析驱动设计流程.详细阐述了分析驱动设计流程中的设计信息和设计活动;重点讲解了分析驱动设计流程的设计活动规划方法,并给出了串行化和并行化的设计活动规划的时间计算公式.基于自动化的分析驱动设计流程对产品设计方案进行验证和优化,提高了产品设计效率和设计质量,解决了分析驱动设计方法中的部分关键技术,并以航发涡轮叶片为例验证了分析驱动设计方法.     

某卫星平台多结构工况下的优化设计

采用航天器结构优化系统ESSOSⅡ(Engineering System of Structural Optimization for Spacecraft),对某复杂卫星结构进行了以重量最轻为目标、以其中复合材料板件的铺层厚度为设计变量的优化设计,考虑发射(收拢)和在轨(展开)2种结构工况下的基频和应力等约束条件.基于2种结构工况下的有限元模型,采用二级多点逼近寻优算法进行优化求解,每一次优化迭代过程中均需对各结构工况模型作有限元分析.优化后结构重量比初始设计有明显降低,且满足收拢、展开结构工况中的所有约束条件,为卫星结构分系统的改进设计提供了依据,同时进一步验证了ESSOSⅡ系统的有效性.     

基于STEP的航空发动机工作叶片特征建模

对并行工程环境下航空发动机转子工作叶片基于特征的设计进行了研究和探索.在对叶片的结构特点进行分析的基础上,借助参数化特征建模技术,按照STEP(AP203/AP214)标准,建立了工作叶片的特征体系结构,并以此实现了一个三维实体特征建模系统.继而,在实现了模型由设计平台向分析平台的传递之后,成功地完成了模型的有限元静强度和振动分析.      

涡轮叶片微小通道气膜新型复合冷却结构设计

利用数值模拟的方法,研究了一种应用于涡轮导向器叶片的微小通道气膜新型复合冷却结构.重点是对微小通道和气膜孔的新型复合冷却方法进行结构设计并进行结构优化,探讨不同的冷却结构形式对流动和换热的影响.研究表明:不同的复合冷却结构对冷却效率和压力损失的影响不同;在所设计的几种复合结构中,分枝小通道结构在平衡冷却效率和压力损失方面有着较好的效果;所计算的几种复合结构的结果都显示,微小通道气膜新型复合冷却结构的冷却效率高于铸冷叶片的冷却效率,冷却效果好,具有巨大的应用前景.     

基于仿真的制造系统生产计划与控制

采用面向对象建模方法,通过对现代制造过程的生产计划调度数据的分析,建立了车间仿真系统模型.从单元和车间的角度,采用流程控制图给出了现代制造过程的仿真流程及控制点.最后基于Witness动态系统仿真平台建立了仿真生产系统,对某航空生产厂叶片车间的生产计划进行了仿真与优化.     

民用飞机机身结构快速设计及自动化调整

为了在飞机设计前期对结构进行较详细的考虑,满足在设计前期进行以强度为约束的重量特性评估、方案评估等方面的需求,研究了民用飞机机身结构快速设计、建模以及模型自动化调整的方法,并运用该方法在一个开放式飞机总体设计环境中开发实现了此功能.定义了飞机机身坐标系,提出了机身各类结构件的参数化描述及构建模型的方法,建立了交互式机身结构设计环境,可自动获取结构的体积、重量和惯性矩等信息.在此基础上实现了模型自动化调整和重量特性的同步更新,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,用设计实例验证了该方法的有效性.      

精确动力学模型中的行星引力辅助轨道设计

轨道设计分为初步设计和精确模型迭代两步,初步设计基于等效脉冲模型,用圆锥曲线拼接法确定时间窗口和引力辅助产生的速度脉冲。精确模型中引力辅助看作是一个连续的过程,将简化模型得到的引力辅助双曲线轨道化为行星心目标B平面参数,以地心逃逸速度作为设计变量,通过微分修正的方法进行求解。通过算例对比分析了简化模型和精确模型设计结果之间的关系,结果表明,引力辅助脉冲等效模型精度较好。     

基于混合可靠性分析的协同优化方法

针对在多学科设计优化中进行可靠性分析计算成本高的问题,将两种现有的可靠性分析方法与协同优化相结合,提出一种基于混合可靠性分析的协同优化方法.该方法在协同优化的子系统级进行可靠性分析,并在分析前估算优化迭代点与约束边界的距离,对靠近约束边界的点进行基于一次可靠性方法的可靠性分析,其余点仅采用均值法粗略计算其可靠度, 减少了不必要的可靠性分析成本,并将可靠性分析融入到协同优化的框架中.用优化算例对该方法进行了验证,优化结果表明该方法在保证可靠性精度的前提下,有效提高了优化效率,具有实际工程意义.     

民用飞机驾驶舱构型快速设计方法

为在方案设计阶段提高民用飞机总体方案的设计质量和形成效率,研究了民用飞机驾驶舱构型的设计措施,并在一个开放式的飞机总体设计环境中实现了这一功能.定义了飞机机身坐标系,研究了确定驾驶员设计眼位、驾驶舱布置和风挡参数化设计与模型构建的方法.建立了交互式民机驾驶舱构型二、三维快速设计环境.在此基础上,实现了驾驶舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础.通过设计实例证明了该方法的有效性.     

基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

建立了类X-51A高超声速飞行器的多学科模型,包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科.采用多学科设计优化(MDO, Multidisciplinary Design Optimization)方法中的协同优化(CO, Collaborative Optimization)进行了计算,计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型,使用代理模型替代了计算耗时的真实模型.同时为了对比,采用了多学科可行法(MDF, Multidisciplinary Feasible Method)进行了优化计算.结果表明,二者的优化结果基本一致,优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15.2%,航程提升了63.5%,并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升.验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性.     

燃气发生器身部多学科设计优化

为了探索液体火箭发动机多学科设计优化的一般方法,以液体火箭发动机燃气发生器身部为研究对象,在对其进行面向设计的多学科分析的基础上,建立了燃气发生器身部的多学科优化模型,涉及流动、传热、结构强度3个相互耦合的学科.引入了一种新的多目标方法——物理规划方法处理其中的多目标优化问题,通过类别函数将设计者的偏好转化为优化目标,避免了对各个不同大小和量纲的分目标之间重要性的比较和权衡.优化结果显示,利用多学科设计优化减轻了燃气发生器的质量,改善了原有设计,能够提高发动机的设计水平.      

翼身组合体的变可信度优化设计

基于信赖域思想,发展了一种变可信度优化设计方法组织和管理不同可信度模型,有效利用低可信度模型建立近似模型,进行优化设计,高可信度模型仅修正优化近似模型,使最终优化结果收敛到高可信度模型上.采用全位势边界层有粘无粘迭代方法作为低可信度模型,多重网格Navier-Stokes方程方法作为高可信度模型,对翼身组合体进行优化设计,优化结果表明:发展的变可信度优化方法优化效率高,且能保证优化精度,具有实际的工程应用价值.