气动除冰飞机结冰风洞试验技术

民用飞机为获得型号合格证，应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证，结冰风洞试验是获取临界冰形的有效途径。本文以Y12F飞机结冰风洞试验实际工程过程为例，总结与分析了气动除冰飞机结冰风洞试验的模型设计、气动除冰套模拟、试验状态转换、试验流程、冰形测量等关键技术，并给出代表性试验结果。试验结果表明:在典型最大结冰条件下，除冰套工作正常，除冰套循环工作期间正常除冰；除冰套工作间歇，机翼前缘结冰表现为前缘形成较为光滑、厚度约为5~6mm的冰帽，上翼面产生1道高度为3~4mm的冰脊，下翼面形成3道2~4mm的冰脊。     

压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究

用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用。通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局（数目、间距）对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验。仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进一步增强。实验结果表明:增大压电陶瓷输入功率可以较大程度缩短除冰时间;将尺寸较大的单个压电陶瓷分成尺寸较小的4块后,相同能耗下除冰效果增强;减小压电陶瓷之间的的间距后,除冰时间进一步缩短。     

机翼展向不同部位结冰对飞机气动力特性影响研究

机翼展向不同部位结冰对飞机气动力特性的影响规律是机翼防除冰系统设计需要考虑的重要因素之一。通过风洞试验方法,将机翼不同部位的模拟冰型加装在飞机模型上进行常规测力试验,研究巡航构型、着陆构型下的机翼展向不同部位结冰后的升力特性、阻力特性、俯仰力矩特性的变化规律。同时通过数值计算的手段,分析机翼不同部位结冰的流场细节特征。研究结果表明,机翼中段结冰对飞机气动力特性影响最为严重,翼根和翼尖结冰影响较小,研究结果为制定高效合理的防除冰系统提供技术依据。     

电脉冲除冰系统的电磁场分析

针对NASA CR-4175试验电脉冲除冰系统,建立了该系统的电磁场涡流有限元分析模型,分析了试验蒙皮在涡流场中法向及径向的磁感应强度,采用麦克斯韦应力法计算了该蒙皮所受的瞬态电磁力,并与Hender-son模型计算结果以及实验测量值进行了拟合偏差比较。同时在不改变电路的情况下,研究了蒙皮厚度、蒙皮电导率、蒙皮-线圈间隙这3个因素对电脉冲除冰效果产生的可能影响。结果表明,电磁场涡流有限元分析模型所计算的磁感应强度比Henderson模型更吻合实验值;趋肤深度范围内的试验蒙皮厚度愈大、蒙皮电导率愈大、蒙皮-线圈间隙愈小,蒙皮所受的峰值脉冲力愈大,即意味着这些参数条件下的除冰效果将更佳。     

气动除冰类飞机结冰风洞试验适航审定技术

民用飞机为获得型号合格证，应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证，如何解读适航条款要求并制定有效的符合性验证流程，是进行适航合格审定的关键。本文以Y12F气动除冰飞机结冰风洞试验的实际工程为例，以相关结冰适航文件为基础，结合国际最新的飞机结冰研究成果，研究并总结了目标试验状态设定、设备选择、试验状态的等效转换、模型研制、风洞试验等适航审定要求和技术。构建的结冰风洞试验适航审定方法，有效地指导完成了Y12F飞机除冰系统的适航验证工作，完成中国民用航空局（CAAC）和美国联邦航空管理局（FAA）同时审查，为获得CAAC和FAA型号合格证奠定良好基础。     

飞机冬季除冰

冬季除冰防冰成为民航保障飞行安全不可或缺的一部分。飞机积冰多出现在机翼和尾翼前缘,积冰会使机翼变形,破坏空气绕过翼面的平滑流动,使飞机升力减小,阻力增大;如果冰层较厚,还会使飞机重心前移,这都是极其危险的在飞机刚刚开始除冰的时期常用热水喷洒在飞机的机翼和尾翼前缘除冰,效果很好。但     

石墨烯基光热除冰表面的激光制备（英文）

重要设备，如飞机机翼、风力涡轮机、太阳能电池板等结冰会引起空气动力学形状变化和重要部件变形，严重威胁运行安全。然而，制造柔性、共形的光热除冰表面仍然具有挑战性。本文采用激光直写技术，设计并制备了多孔疏水的激光诱导石墨烯（Laser induced grapheme, LIG）基光热抗霜除冰表面。采用激光照射聚酰亚胺（Polyimide, PI）薄膜制备LIG薄膜。激光照射后，LIG薄膜呈现多孔结构和高C/O比。由于多孔结构和高C/O比的存在，LIG膜具有疏水性（CA,～123.2°）、高吸收率和良好的光热转化率，因此，LIG薄膜具有光热抗霜除冰能力。本文工作显示了开发柔性、共形的光热抗霜/除冰表面的巨大潜力。     

电脉冲除冰系统参数的合理选择

目前,尽管可采用各种防(除)冰方法,但它们在需用能量及除冰性能上尚有不足之处。电脉冲除冰所需能量少、维护方便(无运动部件)、可靠性高、重量小及经济性好等方面大大优于现有的其他防(除)冰系统。本文介绍了电脉冲除冰系统的基本工作原理,分析了能量,电容和电压等电气参数、线圈的几何参数及蒙皮的材料等对除冰性能的影响。根据分析和实验室、冰风洞及飞行实验的资料,提出了有效除冰时各种參数的选择范围,以及提高性能的措施。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段，在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟，得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外，考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构，数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性，微锥结构的光热特性最好。同时，详细讨论了微结构尺寸参数，如特征尺度和高宽比，对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能，最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

结冰、防/除冰专栏组稿专家简介

编者按:随着我国航空工业的快速发展,飞机结冰及其防护问题受到广泛重视。本刊通过专栏的形式(2期)集中展示了近年来我国在飞机结冰和防除冰领域所取得的研究进展,以期为相关科研人员的研究和设计提供有益参考、促进交流与合作、推动我国飞机结冰及其防护研究的发展。     

民机导线安全性基础数据模型建立方法

鉴于国内民机运营数据收集体系不健全,民机导线失效数据难以获取,提出利用专家经验建立导线安全性基础数据的改进模型。在分析导线失效模式的基础上,考虑各环境影响因素之间的相关性,构建导线安全性基础数据模型。确定适用于国内所有民机型号的典型失效环境,选择合适的领域专家对典型失效环境、环境变量严重程度和环境变量相关性进行评判,并对专家数据的有效性和一致性进行检验。优选配对比较模型,根据专家评判数据求解模型系数。计算结果表明,模型能够通过检验并具有较好拟合度。最后,利用实际统计数据所得失效率对模型进行修正。     

飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展

飞机大尺寸零部件具有结构复杂、外形尺寸大等特点。传统的单一测量手段如激光跟踪仪,因测量效率低等问题,越来越难以满足飞机智能制造的高精度、高效率的测量需求。大尺寸自动化柔性测量技术作为一种新兴的组合式测量方法,突破了单一测量设备测量效率低的难题,以其高精度、高效率测量的优势,在航空测量领域展现了极强的发展应用前景。针对飞机制造过程中大尺寸自动化柔性测量技术的研究,本文首先综述了飞机大尺寸测量场构建的相关进展。其次,介绍了自动化柔性扫描路径规划的研究进展。然后,列举了柔性化测量在飞机蒙皮间隙测量、整机水平测量和数字化预装配等方面的应用现状。最终总结得出,飞机自动化柔性大尺寸测量技术的研究对提高飞机制造过程中的质量控制具有重要的实际意义。     

运输类飞机持续适航事件根原因分析

随着国产运输类飞机的研制成功并逐步投入使用,建立国产运输类飞机持续适航事件根原因分析流程和方法的标准、规范国产运输类飞机持续适航事件根原因分析活动将有助于持续改进国产运输类飞机的设计,提高国产运输类飞机的安全水平。通过对运输类飞机持续适航事件根原因分析流程和方法进行比较分析,运用结构化的根原因分析工具对典型事故案例开展具体分析,对国产运输类飞机持续适航事件根原因分析提出建议:综合欧美成熟的根原因分析经验和国产运输类飞机的现有特点深入优化根原因分析的方法和流程;开发相应的根原因辅助分析软件优化根原因分析过程和最优纠正措施的识别。     

一种新型的紧固件传递载荷试件

推出了一种新型传递载荷试件，并根据实测的数据进行了分析，验证了这种形式的试件优于国外推荐的反向双狗骨型试件，且经济简单易行，并对其中的一些问题进行了探讨和研究。     

基于分级优化的飞机翼面结构布局综合技术研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题．并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法,本文采用分级优化与集成的策略,该策略分为三个层次。第一个层次为拓扑优化,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局;第二个层次为尺寸优化,它用来确定翼面的中间参数;第三个层次为稳定性准则优化,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的三个层次中,拓扑优化是独立的,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的,并且具有很好的数值效果。作者认为：它对从事飞机结构设计的人员有一定的指导性和参考价值,值得在飞机设计部门推广应用。最后,总结给出五点结论供参考。     

民用飞机适航用临界冰形的确定及验证

对民用飞机结冰适航取证用临界冰形确定及验证进行研究。在民用飞机结冰适航取证过程中,首先需要确定临界冰形,为结冰后的性能和操稳评估提供冰形输入。首先确定临界冰形的判断标准,制定临界冰形确定的工作思路;然后采用SADRICE结冰数值软件开展结冰冰形参数的敏感性分析,获取临界结冰条件;最后通过冰风洞试验对参数敏感性结论进行验证。结果表明数值模拟参数敏感性分析结论与冰风洞试验结果一致,数值模拟所得临界冰形上冰角与冰风洞试验一致,下冰角存在一定差异,但不影响冰形临界性判断结论。参数敏感性分析所得临界结冰条件以及冰风洞试验所得临界冰形正确,可作为结冰适航取证临界结冰条件及临界冰形。临界冰形确定思路、方法可为其他民用飞机结冰适航取证提供参考。     

基于FlightGear的飞行数据管理与分析系统

飞行器是一个庞大的复杂系统,其设计与开发需要几轮迭代,而仿真技术在此过程中起着无法替代的作用。开源仿真软件FlightGear主要用于飞行模拟,并不能用于飞行器的系统研发仿真与验证。本文以FlightGear为基础,对其进行了扩展,从而实现了一套集飞行数据管理和分析于一体的软件系统。利用FlightGear接口,开发了以数据采集为主的通信、存储等模块,使扩展系统能够实时、灵活地采集飞行器的参数,并存储于数据库;设计并实现了用于飞行器姿态预测的分析模块,新预测方法提高了姿态参数的预测精度。目前,该扩展系统已用于某飞行器的研发论证中,取得了较好的经济效益。     

无人机气液压弹射装置的关键系统设计

无人机气液压弹射起飞是国际上一种先进的无人机发射技术。无人机气液压弹射装置是由许多关键系统组成，其中包括气液压能源系统、滑轮增速系统、滑行小车系统、卸荷控制系统、缓冲吸能系统等等，本文对几个关键系统的设计作了详细的介绍和讨论。本文的研究成果已成功应用于某型无人机系统的研制，也可为其它高速运动机械的设计提供新的思路和方法。