带辅助支撑式太阳翼设计与验证

针对特定小卫星对太阳翼高展开刚度的需求，设计了一种带单根辅助支撑臂的太阳翼。支撑臂中部采用带簧铰链实现弯折收拢，两端采用球关节铰链分别与太阳电池板、星体侧壁相连接。在太阳电池板与卫星侧壁连接处，采用自适应锁定式铰链，实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展了太阳翼基板承载能力分析、模态分析和展开动力学分析等。结果表明：太阳翼结构强度裕度满足使用要求，展开状态基频高达8 Hz以上，展开过程顺畅。模拟卫星发射过程及空间使用环境开展了太阳翼力学试验、展开试验、光照试验等，验证了太阳翼与飞行任务的匹配性。在轨飞行验证表明，该带辅助支撑式太阳翼功能、性能良好，满足高展开刚度的特殊任务需求。     

一箭三星发射结构布局及斜推分离技术研究

一箭多星发射多以一颗主星搭载多颗小卫星的方式实现,结构布局常采用串联方式布局。对于多颗主星的发射,若采用串联布局则会增加整流罩纵向长度,降低星箭组合体的刚度,并严重影响运载能力,同时,为了获得较好的卫星姿态,串联布局时的星箭分离过程对于上面级的依赖较大,成本较高。本文提出了一种新型的三星并联斜置安装布局方案以及三星同时分离方案,既节省了整流罩空间,提高了星箭组合体的刚度,又可以不借助上面级调姿进行星箭分离,大大降低了发射成本,提高了分离可靠性。     

板架式卫星方圆过渡结构设计与静力试验验证

板架式卫星主承力板的接口为方形接口,而运载火箭提供的星箭接口通常为圆形接口。为了实现星箭之间载荷的顺利传递,必须设计方圆过渡结构。在卫星发射过程中,方圆过渡结构承载了运载火箭传递给卫星的合力,因而方圆过渡结构受力很大。方圆过渡结构由于接口的限制,必须设计成异形曲面,在结构轻量化设计的要求下,其强度和稳定性是设计的关键。文章介绍了某板架式卫星方圆过渡结构的设计、分析与试验。该结构是应用国产碳纤维研制的薄壁结构,应用复合材料帽型梁加强的方法解决了该薄壁结构受压屈曲失稳的问题,通过静力试验对该结构承载能力进行了验证。分析及试验结果表明,应用复合材料帽型梁加强的方法能较好的解决方圆过渡结构的强度、刚度及稳定性问题。     

细长结构抗冲击系统的动力学设计研究

将多体动力学方法引入到细长结构冲击隔离系统的动力学设计,通过建立系统的冲击响应时域仿真模型,研究了此类结构冲击隔离系统的设计问题。分析了细长结构承受冲击载荷时截面弯矩产生的机理,进而提出了"惯性力与支撑刚度相匹配"适用于细长结构冲击隔离系统设计的设计原则和流程。最后多体动力学仿真结果表明,该设计原则能够有效地提高系统的冲击隔离效果。     

弹-架分离系统动力学中的边界参数影响分析

机载导弹的发射经历着从发动机点火到导弹与载机分离的复杂动力学过程,其间作用有冲击和气动载荷,而导弹-发射装置-飞行器之间有着复杂的结构连接边界.本文建立了分离冲击条件下机载导弹与发射滑轨系统结构连接的动力学模型,利用仿真软件MSC.ADAMS/Vibration进行了系统的动力学虚拟试验与分析,研究了系统在低阶模态下连接结构的刚度和阻尼对系统频响函数的影响.本文研究为导弹发射动力学分析和弹-架系统动力学设计与优化提供了理论基础.     

变刚度复合材料层合板研究进展

变刚度复合材料层合板由纤维曲线铺放而成,可以实现刚度分布的变化设计,与传统固定铺层角的复合材料层合板相比,变刚度复合材料层合板在减少重量和成本的同时,也提高了结构性能。随着铺放设备的发展,目前已经能够利用自动铺放技术实现纤维的曲线铺放。同时,为提高复合材料构件的结构性能和满足不同的工程实际需求,铺层设计方法也从单一角度的直线铺层逐渐向变角度曲线铺层发展。本文首先介绍了变刚度复合材料层合板设计制造方法与有限元建模,接着在刚度分布、屈曲特性、失效行为等方面阐述了变刚度复合材料层合板力学性能的研究进展,然后结合南京航空航天大学复合材料工程自动化技术研究中心在变刚度复合材料层合板振动特性方面的研究,对变刚度复合材料层合板振动特性进行了分析和概括,最后对变刚度复合材料层合板未来的研究趋势进行了论述与展望。     

复杂布局机翼结构多约束优化设计

机翼结构需要同时满足强度、刚度、气弹和设备安装等要求,布置多个外挂设备的机翼结构设计约束更加复杂,传统方法难以得到最优方案。本文提出了通过约束机翼剖面弯曲刚度和扭转刚度来控制气动弹性的方法,研究了稳定性和位移敏度计算理论,结合工程准则法和数学规划法,搭建了适用于复杂布局机翼结构的多约束优化流程,以国产结构分析软件HAJIF为平台进行了程序实现,并结合工程机翼案例进行了方法验证。优化结果表明,本文方法能够以静力分析模型为基础,同时考虑强度、刚度和稳定性等多种约束形式,在有限计算机时内给出最优设计方案,具有一定的工程应用价值。     

小卫星舱体结构粘弹性阻尼减振优化设计

航天器发射段动环境恶劣,需要考虑对结构进行阻尼减振设计。小卫星内部空间狭小,结构轻质化要求高,须采用自动优化设计方法进行阻尼处理敷设位置和几何参数同时优化。针对小卫星结构阻尼减振的要求,分析了初始无约束阻尼结构的动力学特性,确定出约束阻尼处理的部位;提出一种基于Layerwise有限元分析和多目标优化的粘弹性阻尼结构优化设计方法,采用非支配遗传算法求解优化问题,获得了同时兼顾附加质量和阻尼性能要求的优化结果。结果表明,对小卫星舱体安装结构进行局部粘弹性阻尼处理能够显著降低敏感设备的动响应,提出的优化方法能够同时实现阻尼敷设位置和几何参数的同时优化。     

基于等效刚度矩阵的复合材料机翼盒段优化设计

通过刚度矩阵转换,将复合材料层合板等效成正交各向异性材料板,并采用beam单元模拟加筋桁条。将机翼盒段的蒙皮厚度和加筋桁条面积作为设计变量,机翼盒段的质量作为目标函数,运用多岛遗传算法和序列二次规划算法相结合的优化方法,对多变量、多约束条件下的大展弦比复合材料机翼进行结构优化设计。通过算例分析,机翼的复合材料结构质量下降了9.55%,优化时间较短。     

飞机结构多层次优化设计技术及COMPASS

主要介绍COMPASS的主要功能和关键技术。COMPASS作为一个多学科优化设计软件系统,分全机、翼面和壁板三个层次进行优化,综合满足气动、气弹、强度、刚度、振动稳定性和重量等要求。首先,利用最优准则法(满应力/应变法)处理强度约束获得全机结构的最佳尺寸,并提出了以分层厚度为设计变量、以应变能原理为基础的复合材料二级优化方法;其次,利用数学规划法对翼面结构进行满足刚度、振动、颤振和静弹等要求的多约束优化,并且能够对机翼进行气动弹性剪裁和载荷弹性修正;最后,对加筋壁板进行稳定性分析和优化设计,寻找满足稳定性要求的最佳型材类型和截面尺寸。大量工程应用表明,COMPASS方法准确、技术实用、设计效率高,是飞机结构概念设计和初步设计阶段非常有效的设计手段。     

风洞实验应变天平元件优化设计

应用最优化理论对风洞实验应变天平元件结构尺寸优化设计的基本思想作了论述,提出了天平元件多变量优化设计新方法。该设计方法能够保证天平元件的灵敏度与刚度的匹配取得理想值,同时,克服了传统设计方法计算量大的缺点。对于初次从事天平元件设计的人员来说,只要对天平的工作原理和元件变形形式有所掌握,运用该设计方法即可用较快的速度获得最佳结构尺寸。一个实用的天平元件优化设计算法及实例对人们将有所带助。     

小尺寸应变天平设计方法研究

φ0.3m高超声速低密度风洞测力试验模型尺寸小、天平载荷小、流场总温高,天平防热结构设计难,刚度要求和灵敏度要求矛盾突出,测力天平的研制难度大.采用数值仿真和风洞试验相结合的研究方法,对应用于该情况下的内式天平在温度影响和结构设计方面进行了研究.采用有限元方法对天平温度影响和结构应力分布做了详细分析,并对分析结果进行了风洞试验验证.结果表明:在实现天平结构优化设计及提高天平设计的准确性和可靠性方面,有限元分析设计方法是非常有效的技术途径.     

切削测力仪的杠杆—附加弹性元件设计方法

为解决目前应变式切削测力仪设计中普遍存在的刚度和灵敏度之间的矛盾,本文在对已有应变式切削测力仪特性进行分析的基础上,提出了切削测力仪的杠杆—附加弹性元件设计方法的原理,并讨论了应用该方法设计时有关的若干问题和该方法在解决切削测力仪刚度与灵敏度之间矛盾方面所可能的贡献。理论分析的结果表明,该方法能有效地解决测力仪的刚度和灵敏度的矛盾,为大幅度提高切削测力仪的综合精度指标开创了新的途径。最后,介绍了笔者采用杠杆附加弹性元件方法研制的新型切削测力仪。实测结果表明,该测力仪同时具有高刚度和高灵敏度,其刚度与灵敏度乘积指标较现有同类测力仪提高了近一个数量级。     

军用涡扇发动机转子结构与力学特性研究

为定量评估结构力学特征参数,进而达到为高推重比涡扇发动机结构设计提供理论指导的目的,主要基于结构效率的定量评估方法,对航空发动机转子系统进行力学特性分析.首先对典型的高推重比涡扇发动机结构特征加以分析,然后总结高推重比涡扇发动机转子结构的惯性特征(质量、转动惯量、刚度等),最后对抗变形能力进行评估计算,以期实现转子结构与力学特征的一体化设计.通过对高推重比涡扇发动机转子系统结构与力学特征的分析研究,可有效丰富已有航空发动机评估和设计参数,为先进航空发动机的转子结构设计布局提供参考和数据支持.     

大展弦比复合材料机翼气动剪裁设计新方法研究

根据机翼气动载荷和机翼弹性变形之间存在的关系,以机翼的总升力不变和结构强度作为约束条件,提出一种新的气动/结构耦合的刚度设计方法。该方法首先通过数值实验设计研究机翼扭转变形和弯曲变形对机翼气动载荷的影响,并用主成分回归方法构建了机翼变形和气动载荷之间的响应面模型。然后以该模型为基础,构建气动/结构一体化设计模型,此模型仅考虑强度约束和总升力不变的要求,放弃了传统优化设计模型中的挠度和扭转约束。通过2种优化模型的对比,说明应用该方法设计出的机翼结构,重量减轻1.23%,机翼总体扭转变形减小33%,刚度设计更为合理。     

层合顺序对各向异性层合阻尼结构动态性能的影响

本文将各向异性设计引入层合阻尼薄板中，主要对几组阻尼层交替层合与集中阻尼芯层层合的各向异性阻尼结构的内耗和刚度的温频特性进行实验研究。为各向异性层合阻尼结构理论和轻量化高阻尼设计奠定基础。实验结果表明：在实验温度（0-70℃）和频率（1～200Hz）范围内。交替层合度影响不一定，结构的内耗和刚度的温度特性均优于集中阻尼芯层结构；而频率对结构内耗和刚与具体结构参数和结构总层数有关。     

纳米级微动试验台的隔振设计及仿真实验(英文)

通过二维隔振系统的力学分析 ,得到关于质量、刚度、阻尼比三方面结构 ,用以指导多自由度隔振系统的设计 ,设计出纳米级微动试验台的隔振系统。仿真实验表明 ,该系统具有良好的隔振效果。此隔振设计方法对超精密机床、超微定位机构等超低传递率隔振设计有一定的参考价值。     

变体机翼后缘多学科设计与优化

变体飞机能够改变自身外形适应不同的飞行状态,提高飞行性能,其设计涉及气动、材料、结构等多个学科。本文采用零泊松比蜂窝结构的材料作为柔性蒙皮,设计了一种具备机翼参考面积不因弯度改变而缩减的特点的机翼后缘无缝偏转机构,研究了变体机翼后缘机构多学科设计与优化方法。优化结果表明,优化后的机翼巡航和起降状态都具备良好的气动性能,不但柔性蒙皮可产生大尺度拉伸变形,而且后缘结构均能满足刚度、强度等性能指标,同时机翼结构质量相比初始设计减轻了18%。文中研究的变体机翼多学科优化设计方法,能够快速有效地完成变体机翼无缝偏转后缘优化设计。     

机动武器系统变拓扑柔性多体系统动力学及仿真

基于柔性多体动力学理论，提出了变拓扑结构多体系统动力学建模方法，将系统约束分为基本约束和条件约束，研究运动相容性方程和铰接摩擦力的建模，对机动武器系统发射出筒过程进行动力学建模与仿真分析，此项研究可应用于机动武器系统的设计与分析。     

基于遗传算法的纤维增强复合材料层合板刚度设计方法

基于遗传算法,提出了一种带刚度要求的纤维增强复合材料层合板设计方法。以层合板的各层铺设角和厚度为设计变量、刚度为设计目标、制造工艺性为设计约束,将纤维增强复合材料层合板的刚度设计问题处理成一种离散的叠层顺序优化问题,采用遗传算法求出满足给定刚度要求的层合板设计。最后,通过算例验证了设计方法的有效性。