三维设计推动飞机数字化研制技术的全面应用

纵观全球著名飞机公司的发展,全三维数字化技术在近几年各类飞机的研制中得到迅速发展和深入应用,已成为企业发展、流程优化、技术进步、核心能力提升的核心引擎。全三维设计技术推动了飞机数字化研制技术的全面应用。     

增材技术在飞机结构研制中的应用

<正>增材技术是一项"变革性"的设计、制造一体化技术,具有诸多技术优势和潜力,但存在个异化强、工艺窗口过窄等问题,变形、开裂、力学性能等控制仍是关键技术。尽管在某些型号上已开始试用,但仍需要充分的工程化验证,并持续开展应用技术研究。现代飞机结构快速试制特点以战斗机为代表的现代飞机具有技术先进、系统复杂、小批量、多品种、成本高等特点,要求快速响应试制。一代飞机,一代技术。现代飞机的研制需要从技术验证机开始。在确保较好性能的前提下,以较短的周期、较低的成本快速试制出技术验证机,实现所需先进技术的快速工程化验证,以便为型号的后续工程化发     

基于模型定义的飞机全三维设计实现技术

纵观全球飞机研制,随着信息技术和计算机技术的快速发展,国际最新的在研飞机普遍采用全三维设计技术,彻底取消二维图纸,所有零部件的三维设计作为唯一权威性的数据集,供用户的所有后续环节使用.采用全三维数字化设计方法,通过在线关联设计和并行产品定义,不仅能提高协同效率,而且能摒弃传统设计方法中大量二维图纸,提高了飞机协同设计效率,推动了飞机制造业的数字化变革.采用三维实体数字化模型进行预装配,能最大程度地减少设计错误,提高设计质量,结合设计信息和制造信息,进一步缩短飞机研制周期. 波音公司在梦幻客机787的研制过程中,要求全球合作伙伴采用基于模型定义(Model Based Definition,MBD)作为整个飞机产品制造过程中的唯一依据,即在虚拟环境中设计、构建和测试787飞机生产前的数字化制造工艺,通过生产现场的网络终端传递制造数据,实现波音787全三维研制,并最终取得了成功[1].     

全三维技术在飞机设计中的应用

提出在飞机设计中采用数字化设计方法,实现全三维模型集成设计、制造、检验等信息,保证相互间的一致关联性,并作为唯一依据贯穿飞机研制全生命周期,提高设计制造效率,缩短研制周期.     

MBD技术在飞机设计中的应用

近年来,以波音和空客为首的航空巨头为减少飞机研制中的设计错误,推行并行协同的设计方法,提高效率,降低成本,彻底实现设计制造无纸化管理模式,率先对基于模型的定义技术(Model Based Definition,MBD)进行了深入研究,形成了完整的MBD设计制造标准体系.从2004年开始,波音公司在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术,用三维数模完全取代二维图纸,MBD使三维实体模型作为新机研制过程中的唯一依据,有效提升了飞机研制的效率和质量,为企业带来了巨大的效益.伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,鉴于国外企业MBD技术的成功应用,国内各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索.     

构建面向飞机数字化设计的标准化资源库系统

随着三维数字化技术在飞机设计制造领域的广泛应用，企业的标准化工作必须在管理和应用的方式和观念上进行转变。本文对数字化研制中构建包括标准件、材料、基础标准、通用技术要求在内的标准化资源库的需求进行了分析，为使标准化真正纳入飞机数字化研制体系作了理论上的研究和规划。     

汤立民数字化制造技术专家

枭龙创造了我国航空工业研制周期最短纪录,您的团队是如何在短时间内攻克飞机大型复杂整体结构零件加工难关的? 汤立民:枭龙飞机是由中巴联合研制、面向国际市场的第三代战机,该机首次全面应用了数字化三维实体设计及制造技术.设计中大量采用整体结构件,翼身融合区大型整体框尺寸大并带有大量复杂交点、接头结构:"蚌"式进气道零件具有极为复杂的型面及高精度孔;关键部位零件采用了高强度沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo材料,极难加工. 对此我们做了充分准备.项目开展过程中采取并行工程,边设计边制造,在飞机进行详细设计前就针对大型结构件的数控加工特点、实体建模的要求等问题与设计深入交流.     

基于适航要求的大飞机研制数字化平台构架思考

适航审定是民用飞机研制必不可少的工作,适航要求是飞机研制成功的核心,其涵盖了飞机研制的全生命周期。所以,适航要求应该成为大飞机研制数字化平台建设的核心。近年来,数字化设计制造技术在国内飞机制造业中广泛应用,已形成了一定规模,可以满足已有型号的生产要求。建设满足现代化大飞机研制要求的数字化协同环境成为航空业信     

基于虚拟设计制造技术的FL-9风洞模型架车开发

FL-9风洞是"十五"国家批准建设的大型航空科研基础设施,模型架车是其核心设备。以该风洞模型架车开发研制为背景,运用制造业信息化技术,构建了虚拟设计制造平台,此平台具备网络系统支持下的设备三维数字化设计、计算机辅助分析、工艺设计、可视化及三维交互等功能;并建立了设计制造信息化体系,实现了设计制造全过程信息分类代码的规范和统一。基于此平台开发的模型架车经2年的研制已全面建成并试车成功。     

基于知识工程的钣金快速工艺设计系统开发

介绍了国内外现代民用飞机快速研制的实际需求,参考国外航空制造企业的经验和国内飞机钣金专业技术在知识工程方面的研究进展,提出了以知识工程技术为核心,以数值推理为手段,建立钣金快速工艺设计系统的总体思路与技术途径,并通过专家知识库构建和系统软件开发,建立基于知识工程的钣金快速工艺设计系统。通过在民用飞机研制中的应用,批量、自动实现了钣金零件的工艺性分析、工序设计,自动生成工艺分析报告、制造大纲、数控代码,大幅度提高民用飞机研制的工艺设计效率,降低技术人员的劳动强度。     

有翼高超声速再入飞行器气动设计难点问题

有翼高超声速再入飞行器是近年来的研究热点,气动设计是飞行器设计的关键。为了更清楚地认识有翼高超声速再入飞行器气动设计的难点问题,对有翼高超声速再入飞行器的发展、优势及总体任务剖面进行了介绍,从5个方面详细介绍了该类飞行器气动设计的难点问题,包括多约束复杂面对称气动布局设计、高温真实气体效应对气动特性影响、天地差异与天地换算方法、反作用控制系统(RCS)喷流干扰对气动特性的影响以及气动数据不确定度等,简要阐明了这些难点问题对总体设计的重要性以及初步的解决思路,为有翼高超声速再入飞行器气动设计提供了一些参考。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

Simulation and Analysis of Crashworthiness of Fuel Tank for Helicopters

Crashworthiness requirement of fuel tanks is one of the important requirements in helicopter designs. The relations among the protection frame, textile layer and rubber layer of the fuel tank are introduced. Two appropriate FE models are established, one is for an uncovered helicopter fuel tank without protection frame, and the other is for fuel tank with protection frame. The dynamic responses of the two types of fuel tanks impinging on the ground with velocities of 17.3 m/s are numerically simulated for the purpose of analyzing energy-absorbing capabilities of the textile layer and protection frame. The feasibility of the current crashworthiness design of the fuel tank is examined though comparing the dynamic response behaviors of the two fuel tanks.     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

突破技术趋同，波音再现竞争优势

 波音公司面临着来自空客公司的巨大挑战,企业战略性创新才是公司成功的关键。为此波音公司的全部战略性研究集中在扩大产品的差异性上,体现在3个方面：电子化（e-Enabled）运营环境、整体复合材料机身部件的制造技术和支持波音787客机的全球协同环境（GCE）。     

The effect of inlet conditions on the flow and heat transfer in multiple rotating cavity with axial throughflow

This paper discusses experimental results from two different build configurations of a heated multiple rotating cavity test rig.Measurements of heat transfer from the discs and tangential velocities are presented.The test rig is a 70% full scale version of a high pressure compressor stack of an axial gas turbine engine.Of particular interest are the internal cylindrical cavities formed by adjacent discs and the interaction of these with a central axial throughflow of cooling air.Tests were carried out for a range of non-dimensional parameters representative of high pressure compressor internal air system flows(Re up to 5×106 and Rez up to 2×105).Two different builds have been tested.The most significant difference between these two build configurations is the size of the annular gap between the(non-rotating) drive shaft and the bores of the discs.The heat transfer data were obtained from thermocouple measurements of surface temperature and a conduction solution method.The velocity measurements were made using a two component,LDA system.The heat transfer results from the discs show differences between the two builds.This is attributed to the wider annular gap allowing more of the throughflow to penetrate into the cavity.There are also significant differences between the radial distributions of tangential velocity in the two builds of the test rig.For the narrow annular gap,there is an increase of non-dimensional tangential velocity V/Ωr with radial location to solid body rotation V/Ωr=1.For the wider annular gap,the non-dimensional velocities show a decrease with radial location to solid body rotation.      

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展

总结了近十年来弯曲激波压缩研究的主要成果。提出了弯曲激波压缩系统的新概念,即利用特殊设计的楔形弯曲压缩面或空间弯曲压缩面,产生一系列与前缘弱激波相互交汇或叠加的压缩波系,从而使前缘激波弯曲,形成特殊的弯曲激波,它与波后的等熵压缩波来共同完成对气流的压缩。在此基础上,实现了由给定出口气动参数的超声速内流道反设计,实现了由给定压缩面压力分布和给定压缩面马赫数分布要求的型面反设计,实现了由给定激波波面的压缩型面反设计。研究证明,弯曲压缩面-弯曲激波压缩系统具有良好的综合气动性能,为高性能高超声速进气系统的气动设计提供了一种全新的设计方法。     

临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择

 临近空间飞行器是高性能信息化武器平台,测控（TT&;C）与信息传输系统是其信息保障的核心,而选择合理、可行的频段是展开系统设计的前提和基础。频段选择影响到整个技术方案的制定,是一个需综合考虑、影响深远并具有战略意义的关键问题,从国际电联（ITU）国际标准、高速数传、接收信噪比（SNR）、“三抗”、超视距中继、黑障、雨衰以及设备研制成熟度8个方面全面、细致论证了近空间平台测控系统的频段选择问题,最终得出在视距链路中以Ka频段为宜,在超视距链路中以Ku/Ka双频段为宜的结论。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。