基于混合FE-SEA法的高温环境飞行器宽频声振特性分析

针对高超声速飞行器在服役中的高温和高声强环境,分别从高温引起的结构附加热应力和材料物性改变出发,以X-43A为研究对象,使用混合有限元—统计能量分析(FE-SEA)法对其在高温环境、165 dB声压作用下的声振特性进行数值分析.建立由结构FE模型和内声场SEA模型构成的混合声振系统,得到1800 Hz宽频范围内结构表面...     

空间站核心舱的全频域声振环境仿真预示研究

空间站的设备功率大、噪声源数目多、声振环境特性复杂,为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元、统计能量分析以及FE-SEA混合方法,建立了整舱全频段的复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到了舱内全频域噪声水平特性分布,并对现有吸声降噪措施进行了对比评价。研究结果表明:目前设计状态下,三个睡眠区、小柱段工作通道和大柱段工作通道总的声压级在个别频率点处略微偏高,是后续噪声控制的重点。     

基于能量有限元法和虚拟模态综合法的高频冲击响应分析方法

为了分析结构受到高频冲击载荷激励后的瞬态响应,提出了一种基于能量有限元法（EFEM）和虚拟模态综合（VMSS）法的高频冲击响应分析方法。通过能量有限元法进行高频稳态分析,获得结构频响函数（FRF）的频段平均值,然后结合虚拟模态综合法得到虚拟模态振型系数,最后通过Duhamel积分获得结构在高频冲击载荷作用下的瞬态响应。对一简支梁模型进行算例分析,将本文方法的结果与传统有限元法（FEM）和统计能量法（SEA）的分析结果进行对比,验证了所提方法的有效性,也表明该方法具有模型简单、分析速度快等优点。     

飞机噪声环境对结构影响的研究

本文介绍测量飞机噪声环境,获得的结构噪声载荷分布与频谱的结果,并分析了影响其量值的因素与结构声振响应特性;归纳了结构噪声载荷谱及其编制方法;简述了进行结构声疲劳试验的方法与参数选择原则和实例;列举了分析与排除声疲劳故障的方法和效益     

复合材料整流罩减振降噪的动力吸振器设计

运载火箭整流罩的隔声性能设计对内部设备的选型、试验和安全运行至关重要。为改善整流罩内低频声振环境,提高整流罩低频段隔声性能,首先,针对复合材料整流罩结构开展力学等效建模;其次,提出一种基于基变换模态空间内降维理论,解决了考虑多模态耦合的动力吸振器(DVA)设计问题;最后,基于整流罩等效力学模型开展了动力吸振器位置及材料参数的优化设计。针对某型复合材料整流罩开展仿真研究,验证新方法的有效性。结果表明：针对某型质量为1 177.3 kg的整流罩模型,添加总质量为14.6 kg的动力吸振器之后,0～100 Hz频段内声功率级均方根(RMS)值从254.8 dB降至238.8 dB,设计频段内声振响应被有效控制,声振环境得到改善。     

捷联惯导系统在声振综合环境下的动力学响应特性研究

随着导弹等航天器飞行速度的提高,环境噪声的影响已不容忽视,声振综合环境将成为惯导系统等弹上电子设备通常需要面对的力学环境条件。文章论证了有限元法适用于对捷联惯导系统这类结构紧凑型设备进行宽频域声振耦合计算,仿真计算了捷联惯导系统声振耦合模型在声振综合环境下的动力学响应,对比分析了捷联惯导系统在声振综合环境下与在单独随机振动环境、单独噪声场环境下动力学响应的联系、区别以及自身新的特点。研究结论可为设计和评估地面力学环境试验、预示与分析惯导系统在综合环境下的环境适应性提供理论依据。     

飞机舱内噪声预计方法及验证实验

引言 自20世纪60年代初以来,统计能量分析方法(SEA)经过40多年的发展,现已成为声振环境预计的主要研究方法之一[1].利用该方法,国内外研究人员开展了大量的研究工作.     

空间站舱段精细化声振耦合建模与仿真

在空间站长期飞行中,持续、过度的噪声环境会危害航天员的身心健康,并影响工作效率。空间站设备功率大、噪声源数目多、噪声指标严苛,给噪声控制和设计带来很大的挑战。为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元方法,根据已掌握的噪声源频谱特性、舱段构型布局、设备安装方式等建立整舱复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到舱内低频噪声水平特性分布。结果表明:声振耦合下舱内的总体噪声水平远高于不考虑声振耦合的情况,并导致三个航天员睡眠区头部的声压级分布差异较大。此外,睡眠区粘贴吸声材料后,对高频段的吸声降噪效果明显,对中频段有一定的降噪效果,但对低频段几乎不起作用。     

航空薄壁结构在噪声载荷作用下振动响应研究

研究薄壁结构在声载荷激励下的随机振动响应问题是进行结构声疲劳估算和设计的基础。从此问题出发,综述了国内外在结构声疲劳方面的研究情况,并对有关模态分析法、数值积分法、统计能量分析(SEA)法及有限元素法等研究方法进行了总结和评价,得到了各方法在计算薄壁结构受声激励时振动响应的各自应用范围。同时也指出了薄壁结构在声载荷作用下振动响应研究所面临的困难。     

基于缩比模型的薄壁结构声振响应等效研究

声振试验是研究强噪声作用下结构动力学响应的一种有效方法。然而，高声强、宽频率噪声环境的试验室模拟是声振试验面临的挑战之一。为了降低声振动试验对严酷噪声环境的依赖性，本文提出了一种等效方法。根据该等效方法，缩比模型在等效外力作用下，可获得和全尺寸结构完全一致的结构响应。提出的等效方法可以评估不同类型的噪声激励，包括集中力、点声源、面声源和混响声场等激发的结构振动，而不需要模拟更宽频率的外激励。为了验证该等效方法的可靠性，研究对不同方法，包括数值计算、地面试验和等效方法等获得的结构频域响应结果进行对比，对比结果表明基于缩比模型的等效方法能准确地预测全尺寸结构的动载荷响应。此外，本研究还讨论了不同支撑边界和材料效应对等效方法的影响，进一步扩展了等效方法的适用范围。     

Internal fuselage noise: comparison of computations and tests on a Falcon airframe

An unequipped Falcon 2000 airframe, a complex heterogeneous structure reduced to the fuselage alone, was subjected to vibro-acoustic characterization within the framework of a cooperative effort by Aerospatiale, Dassault-Aviation, and Onera. Onera's Structural Dynamics and Coupled Systems Department measured the structure's vibro-acoustic responses for four mechanical excitation configurations, and analysed three structural configurations: fuselage alone without floor, with floor, and with floor and internal wall. The resulting database of vibratory and acoustic level measurements is used for validating numerical models in the low- and medium-frequency range, as well as statistical energy analysis (SEA) models in the medium- and high-frequency range.The database was analysed by Dassault-Aviation and Onera. We present here the computation/test comparisons and the limitations of the methods in use. All of the data and comparisons validate the predictive vibro-acoustic response models and methods for a Falcon fuselage subjected to a mechanical excitation.     

基于蒙特卡罗模拟法的航空发动机装配公差分析

讨论了蒙特卡罗法的基本原理,研究了利用蒙特卡罗模拟法进行装配尺寸链公差分析的实现方法,提出了基于蒙特卡罗模拟法的公差分析流程,并以某型航空发动机高压涡轮的一个径向尺寸链为实例进行了计算。计算结果表明：蒙特卡罗模拟法用于公差分析具有可行性,其精度随着模拟次数的增加而提高,在模拟次数达到200000次以上时,其精度已经较高。蒙特卡罗法作为一种统计分析方法,同时适用于线性和非线性尺寸链。     

Hybrid uncertainty-based design optimization and its application to hybrid rocket motors for manned lunar landing

Design reliability and robustness are getting increasingly important for the general design of aerospace systems with many inherently uncertain design parameters. This paper presents a hybrid uncertainty-based design optimization (UDO) method developed from probability theory and interval theory. Most of the uncertain design parameters which have sufficient information or experimental data are classified as random variables using probability theory, while the others are defined as interval variables with interval theory. Then a hybrid uncertainty analysis method based on Monte Carlo simulation and Taylor series interval analysis is developed to obtain the uncer-tainty propagation from the design parameters to system responses. Three design optimization strategies, including deterministic design optimization (DDO), probabilistic UDO and hybrid UDO, are applied to the conceptual design of a hybrid rocket motor (HRM) used as the ascent propulsion system in Apollo lunar module. By comparison, the hybrid UDO is a feasible method and can be effectively applied to the general design of aerospace systems.     

基于有限元法的输液管路稳定性可靠性研究

为分析航空发动机空间管路系统的稳定性可靠性问题，提出了一种采用有限元法和蒙特卡洛法相结合的分析方法。方法中采用有限元法建立空间管路系统流固耦合模型，定义了稳定性失稳的极限状态函数，采用蒙特卡洛法进行稳定性可靠度计算。典型工程算例的计算结果表明:给定流体流速的均值，发散失稳的概率随流体流速的变异系数可能增加或减小；给定流体流速的变异系数，随流体流速均值的增加，管路系统稳定性极限状态函数由服从连续概率密度函数变为服从混合概率密度函数。研究结果对于航空发动机输液管路的稳定性可靠性设计和评估具有参考价值。      

高速热流下薄壁结构声振响应分析及寿命预估

现代飞行器飞行过程中发动机薄壁结构受高速热流冲击面临着极为严酷的工作环境,使结构产生大挠度动力学响应以及疲劳损伤破坏现象。为获取难以实测的热流冲击下结构声振响应规律及疲劳破坏时间,采用耦合有限元/边界元的方法进行数值模拟分析与热声疲劳试验相结合的方法,根据载荷效果构建与试验件尺寸完全一致的数值仿真模型,对热声载荷下薄壁结构进行仿真计算。采用功率谱密度（PSD）法分析频率响应峰值随声载荷变化规律,并通过改进的雨流计数法对声振响应数据进行统计分析,得到疲劳寿命时间。并对比声振响应仿真计算结果与试验结果发现误差小于2%,验证了数值仿真的可靠性。在此基础上,对高速热流冲击作用下薄壁结构进行数值仿真分析,通过分析频率响应峰值随温度和流速的变化规律获取不同温度各流速下结构声振响应及疲劳寿命变化规律,并阐述造成这种变化的原因。本文完成的工作可对高速热流环境下薄壁结构响应分析和寿命预估提供参考依据。     

基于模式重要度的航空电源系统可靠性估计

针对航空电源系统可靠性分析的需要,研究现有典型系统的结构特点,提出基于模式重要度的系统可靠性估计方法。该方法首先根据航空电源各子系统的组成,采用蒙特卡罗方法对各子系统可靠性进行分析。根据子系统中各部件的模式重要度,建立子系统可靠性估计模型,进而获取并联系统和总系统的可靠性估计模型。该方法结合了蒙特卡罗方法的优势和系统本身的结构特点,既解决了复杂航空电源系统可靠性分析的难题,又克服了单纯采用蒙特卡罗方法对其进行分析时,仿真效率较低的问题。最后,采用所提出的方法对两种类型的电源系统进行仿真分析,并与单纯蒙特卡罗方法仿真分析结果进行比较,验证了该方法的可行性和有效性。     

直升机应急漂浮系统传感器模块可靠性分析

直升机应急漂浮系统是直升机海上救生的主要装备之一,对其传感器模块进行可靠性分析,对保证直 升机应急漂浮系统安全运行、坠水过程中可靠触发至关重要。在充分了解非同型单元k/n(G)表决系统的基础 上,通过 Matlab/Simulink搭建不同逻辑关系下传感器模块的蒙特卡罗模拟平台,并进行相应模拟与理论计算。 结果表明:将蒙特卡罗模拟应用于传感器模块的可靠性分析具有一定的可行性与有效性;依据功能危险性分析 相应结论,并结合可靠性分析结果,该直升机应急漂浮系统传感器模块选择3/5表决系统最为合适。研究结果可为后续相似模块的逻辑关系选择与可靠性设计提供技术路线。     

超声速平头圆柱绕流DSMC/EPSM混合算法研究

本文将EPSM算法与DSMC方法结合，构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的DSMC／EPSM混合算法。运用混合算法模拟马赫数等于5．37时超声速平头圆柱绕流，并与DSMC结果进行比较，证明了DSMC／EPSM混合算法的有效性，并对两种算法的计算效率进行了比较。