基于智能算法的格栅加筋结构稳健性优化设计

先进复合材料格栅加筋结构有较高的结构效率和较好的设计性能,在航空航天领域有着广泛的应用。本文采用人工神经网络来模拟格栅结构的参数与屈曲载荷之间的映射关系,并在此基础上对结构进行了多目标稳健性优化,使结构质量及其对不确定参数的敏感度都较低。神经网络的训练用到了粒子群优化算法,而最后的结构稳健性优化用到了遗传算法。     

航空发动机直通型篦齿径向变形稳健性优化

为了降低参数不确定性对发动机直通型篦齿径向变形的影响,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)和概率分位数区间模型的稳健性优化方法。通过LS-SVM建立参数与篦齿径向变形的响应面近似模型,考虑到参数不确定性分布类型的差异性,采用概率分位数区间方法建立稳健性优化模型,对篦齿结构径向变形进行了稳健性优化设计。结果表明:优化后的篦齿结构径向变形概率分位数区间比优化前减少6%,参数灵敏度分析结果也验证了该优化方法的有效性。     

复合材料格栅结构稳定性与优化分析

阐述了复合材料格栅结构稳定性及优化分析方法研究概况。指出在格栅结构初级设计阶段可利用拟膜分析法对等效的格栅平板、圆筒及锥筒进行整体屈曲计算即可,而对于复杂构型格栅结构,由于不对称性及拉-压-扭耦合效应存在很难获得解析解,需借助有限法对结构进行非线性求解而求得其真实力学响应,同时还介绍了其他算法,如遗传算法。最后介绍了复合材料格栅结构破坏机理的一些试验方法。     

涡轮盘结构可靠性与稳健性综合优化设计

初步建立1种综合考虑结构疲劳可靠性与稳健性的航空发动机涡轮盘优化设计方法。根据涡轮盘的结构设计准则,以轮盘的轻质化和低循环疲劳寿命的稳健性作为目标,以结构强度和疲劳可靠性作为约束,采用随机优化方法对轮盘进行优化设计。设计结果表明:由于量化考虑了轮盘的安全性,所以能够得到更精确的约束,从而使轮盘设计质量更轻;而针对稳健性的优化,则降低了低循环疲劳寿命对载荷和材料参数波动的敏感性,提高了涡轮盘的稳健性。     

基于出口导流控制的超声速进气道性能研究

针对进气道内型面存在较大弯段而导致的流动分离问题,提出了一种对进气道出口弯段进行导流控制的概念,设计了3种不同的导流格栅方案,采用数值仿真方法对不同导流格栅方案的超声速进气道流动进行了对比分析,获得了不同导流格栅对进气道流场结构和工作性能的影响特性.结果表明:利用格栅对进气道进行导流控制,可以改善进气道出口弯段的流场结构和压力分布,避免进气道出口发生流动分离.通过对格栅型面进行优化可以显著改善进气道的工作性能,采用类翼型导流格栅的进气道性能改善幅度最大,马赫数为3.5条件下,其稳定工作裕度和出口总压恢复系数分别提高10.3%和9.8%,冷流内阻降低5.3%.      

高湍流度格栅的数值模拟及设计方法研究

为探讨高湍流度格栅的几何设计方法,采用基于非结构网格的大涡模拟方法,以单平面格栅为研究对象,计算分析了不同格栅稠度、几何形状、来流雷诺数及表面粗糙度下,格栅后湍流度、各向同性特征沿流向的变化。结果表明,格栅稠度对各向同性湍流度基本无影响,稠度增加能增加格栅初始湍流度;存在优化的格栅形状、与格栅尺寸变化相关的来流雷诺数及格栅表面粗糙度,能改善湍流各向同性特征,进而提高格栅湍流度。     

涡轮叶片多学科可靠性及稳健设计优化

为了得到一种适用于涡轮叶片复杂结构并同时考虑可靠性及稳健性的多学科设计优化方法,将6sig-ma可靠性及稳健设计优化方法与多学科可行方法(MDF)相结合,采用二阶Taylor展开法进行可靠性及稳健性分析,实现了涡轮叶片多学科6sigma可靠性及稳健设计优化。使用Kriging近似模型并不断提高模型精度,解决了多学科可行方法计算量较大的问题。实例分析表明,与确定性多学科设计优化相比,采用该方法得到的涡轮叶片可靠性及稳健性均有大幅度提高,同时设计目标最优,满足工程应用的要求,验证了该方法在工程应用中的可行性。     

格栅反射器型面的主动控制

为了提高天线反射器的型面精度,以锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）驱动的主控格栅反射器为研究对象,对该结构的力学建模方法和形状控制方法进行了研究。首先,建立了格栅反射器、PZT压电作动器一体化有限元模型。然后,采用影响系数矩阵法,以均方根误差最小为目标建立反射器型面主动控制优化模型,并通过最小二乘法求解作动器的最优控制律。最后,搭建了格栅反射器主动控制实验系统,以旋转抛物面为目标型面进行实验研究。实验结果表明,经主动控制后反射器型面精度提高了将近50%,且与仿真结果吻合较好,验证了一体化有限元建模方法的准确性和控制方法的有效性。     

先进复合材料格栅结构制造工艺技术的研究进展

介绍了复合材料格栅结构的特点及发展现状,并回顾了传统复合材料成型工艺方法和格栅结构的早期制造方法。另外,介绍2种新型的格栅结构加工方法,即混合加工法、膨胀模块加工法以及改进的格栅结构:互锁复合材料格栅结构、加套管的槽形连接格栅结构和TR IG结构;并分别说明了每种结构的优点。其中重点介绍了混合加工法并从理论上推导其可行性。最后总结了复合材料格栅结构制造工艺的发展趋势。     

基于响应面法的可靠性稳健设计优化

针对极限状态函数和结构性能函数为隐式的结构可靠性稳健设计优化问题,将结构性能稳健性、可靠性灵敏度稳健性与6σ稳健设计思想相结合,建立了一种基于响应面法的可靠性稳健设计优化模型并给出了具体算法.采用多项式拟合结构性能函数和极限状态函数,推导了基于响应面函数的1阶可靠度指标以及性能函数均值和均方差的计算方程;将结构可靠度作为基本约束条件,采用序列二次规划法得到稳健设计优化结果.运用该方法对某涡轮叶片型线进行设计优化,经过优化后,静、动叶的动能效率均值分别提高1.5%和6.4%,动叶片最大应力均值下降7.9%,动叶叶身最大变形均值下降5.6%,动叶片结构强度可靠度由初始的91.3%提高到了99.9%.      

基于Event的侧向碰撞风险改进模型

Event模型是一种基于长方体碰撞模板的碰撞风险评估模型,用该模型评估所得的碰撞风险概率过于保守。将碰撞模板改为圆柱体,建立了基于碰撞圆柱体的Event模型。在相同条件下运用Event模型和改进的Event模型对平行航路的侧向碰撞风险进行了评估计算,后者的碰撞风险是原Event模型碰撞风险的86.9％,仿真结果表明改进模型碰撞风险评估更精确,能够为中国平行航路的开辟进行安全评估计算提供理论依据。     

应用不同湍流模型计算叶栅流场的结果与比较

采用有限体积TVD-LW格式求解N-S方程,使用了B-L模型、高雷诺数k-ε模型和低雷诺数k-ε模型等多种湍流模型。并且用具体算例说明本文所用程序的可靠性,比较了3种的湍流模型的特点。B-L模型最大的优点是简单、使用方便。k-ε方程适应性强,分为低雷诺数k-ε方程和高雷诺数k-ε方程两种。高雷诺数k-ε方程比低雷诺数k-ε方程精度略低,但所需计算时间和存储量都比后者小,网格也可以粗些。k-ε模型对粘性层、分离区有比较高的分辨能力,高雷诺数k-ε模型比较适于一般数值计算。      

Numerical study of corner separation in a linear compressor cascade using various turbulence models

Three-dimensional corner separation is a common phenomenon that significantly affects compressor performance.Turbulence model is still a weakness for RANS method on predicting corner separation flow accurately.In the present study,numerical study of corner separation in a linear highly loaded prescribed velocity distribution(PVD) compressor cascade has been investigated using seven frequently used turbulence models.The seven turbulence models include Spalart–Allmaras model,standard k–e model,realizable k–e model,standard k–x model,shear stress transport k–x model,v~2–f model and Reynolds stress model.The results of these turbulence models have been compared and analyzed in detail with available experimental data.It is found the standard k–e model,realizable k–e model,v~2–f model and Reynolds stress model can provide reasonable results for predicting three dimensional corner separation in the compressor cascade.The Spalart–Allmaras model,standard k–x model and shear stress transport k–x model overestimate corner separation region at incidence of 0°.The turbulence characteristics are discussed and turbulence anisotropy is observed to be stronger in the corner separating region.     

结构动力学模型修正的三步策略及其实践

首先构建了由模型结构调整、模型参数修正以及模型确认组成的三步模型修正策略。该方法优于传统模型修正方法的是:在模型修正之初基于误差定位、灵敏度分析以及工程经验进行的模型结构调整可以给出一个适于参数修正的初始有限元模型,从而保证了模型修正的成功。然后,采用三步法针对国际上模型修正的标准考题——GARTEUR19结构动力学模型进行修正,详尽论述了模型结构调整、参数修正以及模型确认的过程,并将修正结果与国外同行的研究结果进行了对比,综合精度与国际先进水平相当,从而验证了三步模型修正策略的有效性。     

基于平衡流形模型的航空发动机线性建模方法

研究了利用平衡流形模型建立航空发动机线性模型的方法。详细讨论了平衡流形模型的构造过程,给出从对象的平衡流形模型获取线性模型的理论依据。比较了线性化模型和平衡流形模型的有效范围,分析了两步法建立平衡流形模型允许采用更大的扰动量的原因。通过仿真验证了利用较大的扰动信号辨识平衡流形模型,进而获取线性模型的有效性。     

一种设计型专家系统模型及其实现

针对工程设计的复杂性、规模,提出了一种通用的设计型专家系统模型,讨论了该模型的特点;并结合飞机结构中压延零件成型方案的确定及其模具设计,论述了该模型专家系统的实现方法。     

A new modeling scheme for powered parafoil unmanned aerial vehicle platforms: Theory and experiments

A novel framework is established for accurate modeling of Powered Parafoil Unmanned Aerial Vehicle (PPUAV). The model is developed in the following three steps: obtaining a linear dynamic model, simplifying the model structure, and estimating the model mismatch due to model variance and external disturbance factors. First, a six degree-of-freedom linear model, or the structured model, is obtained through dynamic establishment and linearization. Second, the data correlation analysis is adopted to determine the criterion for proper model complexity and to simplify the structured model. Next, an active model is established, combining the simplified model with the model mismatch estimator. An adapted Kalman filter is utilized for the real-time estimation of states and model mismatch. We finally derive a linear system model while taking into account of model variance and external disturbance. Actual flight tests verify the effectiveness of our active model in different flight scenarios.     

基于LB动态失速模型的摆线桨气动性能计算方法

在Mcnabb摆线桨计算模型的基础上,提出了基于LB动态失速模型的改进的气动力计算模型。该模型可以计入叶片分离流动和叶片翼型升阻特性的影响,从而提高摆线桨悬停状态下的气动力计算精度。将计算结果与悬停时不同条件下的摆线桨的实验结果和原计算模型进行了对比,结果表明,所提出的计算模型具备很高的计算精度,可以用于摆线桨悬停状态下的气动性能设计与分析。通过对计算结果的分析,揭示了摆线桨具备高气动效率的部分机理。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

Static Frame Model Validation with Small Samples Solution Using Improved Kernel Density Estimation and Confidence Level Method

An improved method using kernel density estimation (KDE) and confidence level is presented for model validation with small samples. Decision making is a challenging problem because of input uncertainty and only small samples can be used due to the high costs of experimental measurements. However, model validation provides more confidence for decision makers when improving prediction accuracy at the same time. The confidence level method is introduced and the optimum sample variance is determined using a new method in kernel density estimation to increase the credibility of model validation. As a numerical example, the static frame model validation challenge problem presented by Sandia National Laboratories has been chosen. The optimum bandwidth is selected in kernel density estimation in order to build the probability model based on the calibration data. The model assessment is achieved using validation and accreditation experimental data respectively based on the probability model. Finally, the target structure prediction is performed using validated model, which are consistent with the results obtained by other researchers. The results demonstrate that the method using the improved confidence level and kernel density estimation is an effective approach to solve the model validation problem with small samples.