楔形底部直升机着水载荷和压力分布的估算方法研究

基于VonKarman和Wagner的水动力冲击理论，忽略冲击过程中浮力和粘性力的影响，将机身简化为V形楔形体，建立简化的刚体运动方程，对其求解得到楔形底部直升机着水载荷和压力分布估算方法。同时，将理论结果与试验数据进行相关性分析，验证了该方法的合理性。此估算方法适用于直升机的设计水线未被浸入的情况，可以用于楔形底部舰载机直升机的水上迫降载荷计算，为机身结构设计提供依据。     

民用飞机水上迫降适航性技术研究

基于飞机水上迫降事故案例统计分析结果,分析研究水上迫降适航性技术要求及所采用的适航符合性验证方法,同时从水上迫降适航符合性验证要求、技术思路、验证程序等方面梳理民用飞机水上迫降符合性验证工作思路,为后续民用飞机水上迫降适航性设计和验证提供参考.     

用于变体飞行器的波纹板等效强度模型及其优化设计

变体飞行器的结构既需要改变气动外形，也需要传递载荷。针对一种变体翼尖的设计需要，使用能量方法，构建了等效力学模型。在实现对波纹板刚度特性等效替代的同时，获得了波纹板整体应变与结构内局部应变的转换关系，从而可以通过对波纹板局部材料进行失效判定，实现对波纹板整体失效应变的预测；经过实验验证，该等效力学模型的解析解与实验值相比平均误差在10%以内。通过对波纹板几何尺寸进行参数分析，获得了单元几何参数对波纹板失效应变和等效刚度的影响关系。最终，针对变体飞行器承载与变形的设计需要，对波纹板进行了优化设计，进一步评估了波纹板结构的强度与刚度特性，为变体翼尖的设计提供了依据。     

民用飞机弹性结构水上迫降试验载荷研究

刚体模型和弹性体模型的载荷传递方式不同,为了研究刚体模型和弹性结构模型对飞机水上迫降载荷的影响,根据动力相似性原理设计制造了刚体模型,并根据强度相似性原理设计制造了弹性结构部件,通过气囊加载试验系统验证了弹性结构部件满足强度相似设计要求。通过水上迫降模型试验测得加速度-时间历程曲线,使用傅里叶变换处理试验数据得到加速度峰值。根据刚体模型的试验数据分析,飞机以初始俯仰角12°、襟翼为着陆构型、较小的下沉速度和中重心状态入水时,飞机在水上迫降过程中受到的载荷较小。研究表明：带弹性结构模型和刚体模型所得到的飞机载荷有明显的不同,带弹性结构模型得到的垂向加速度峰值明显低于刚体模型。这种现象主要是由于机体着水底部弹性结构变形吸收了大量的能量。     

综合应用力学知识的实验教学项目研究

在研究理论力学及材料力学知识基础上，结合学生知识能力结构培养要求，提出了基于等强度梁的静载荷应力、冲击动载荷应力、动载荷系数及固有频率测定的综合验证性实验项目解决方案，该方案兼顾了静态与动态测试的特点和要求，说明了静态应力与动应力的关系，解决了学生人数增加和常规力学实验设备短缺的矛盾。     

飞行器水载荷结构完整性数值模拟现状与展望-Part I:水上迫降和水上漂浮

现代飞行器面临水上迫降、水上漂浮、贮箱晃动和投汲水等复杂水载荷的结构完整性和乘员安全性分析问题日趋重要,随着科学技术的发展,数值模拟已经成为飞行器设计、分析和适航取证的重要手段。以固定翼飞机、水陆两栖飞机、直升机、火箭和卫星等现代航空航天飞行器为对象,围绕适用于飞行器水载荷分析的数值模拟方法进行综述,根据外流（水上迫降和水上漂浮）和内流（贮箱晃动和投汲水）的不同将综述内容分为Part I和Part II两部分。Part I的主要工作为：首先,归纳水上迫降和水上漂浮的事故和试验,总结水气两相流和流固耦合算法的发展现状和优缺点;随后,结合工程实际,介绍飞行器水上迫降和水上漂浮的范畴、水载荷分析要点、适用的数值模拟方法和软件的国内外发展情况,其中,水上迫降的总结包括飞行参数、波浪水面和弹性体对迫降性能的影响研究,水上漂浮的总结涵盖了飞行器构型参数、破舱和波浪对漂浮性能的影响研究;最后,指出复杂风浪情况下水上迫降和漂浮的水气固三相耦合工程应用难点和解决途径,并探讨飞行器水载荷数值分析的技术挑战和未来的发展方向。     

固定翼飞机水上迫降漂浮特性计算方法研究

漂浮特性是固定翼飞机水上迫降性能的重要组成部分,直接关系到飞机水上迫降后乘员能否成功撤离。为了更好地研究这一问题,提高固定翼飞机水上迫降漂浮特性计算和分析的效率及精度,在阿基米德静力学原理理论基础上,通过对CATIA软件中优化模块进行二次开发,建立了一种飞机水上迫降漂浮特性计算方法;并以波音737-700飞机为原型机,分析飞机水上迫降后破口面积及重心位置对飞机漂浮特性的影响。     

基于考核目标等效的试验载荷处理方法

在全尺寸结构强度试验中，需将原始理论载荷转化为试验实施载荷，载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效，载荷处理完成后再对比数值分析结果，这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通常效率和精度都大打折扣。提出了一种基于考核目标等效的试验载荷处理方法，将数值仿真分析结合到载荷处理过程中，搭建一种载荷优化设计-试验态分析-考核目标评估的闭环架构，以结构目标响应为评估判据和优化目标，结合灵敏度分析、遗传算法等智能优化算法，搜索试验态载荷最优解，大幅提高了载荷处理的效率和精度。在此基础上，基于MATLAB GUI平台开发了载荷处理软件，模块化地实现了灵敏度分析、载荷-响应矩阵计算、载荷优化设计等功能。将基于考核目标等效的载荷处理方法成功应用到某飞机升降舵结构载荷处理中，实现了试验考核目标响应误差精准控制。     

基于导热性能的复合材料微结构拓扑优化设计

基于均匀化理论和拓扑优化技术,提出了复合材料稳态导热性微结构构型的设计方法。根据均匀化理论给出的周期性材料微结构(单胞)等效导热系数的计算公式,结合有限元分析手段对单胞的等效导热系数求解;定义设计区域内微结构每个单元的导热系数为伪密度设计变量,约束材料用量,分别以材料微结构某个方向导热性能最好为目标和宏观结构的散热性能最佳为目标;采用实体各向同性惩罚函数法(SIMP)构造单胞拓扑结构优化数学模型,导出材料等效导热系数的灵敏度计算公式;采用凸规划对偶求解与周长控制约束相结合进行拓扑优化并获得了优化的微结构构型,数值算例结果验证了所提出的拓扑优化方法可以有效地进行复合材料微结构的导热性能设计。     

侧壁开孔蜂窝夹芯结构的传热性能分析

针对侧壁开孔蜂窝夹芯结构，建立了蜂窝单元高温辐射-导热耦合传热模型，采用有限元方法分析了内部传热机制，获得了其高温等效导热系数。讨论了开孔形状、开孔参数、孔排布形式等结构参数对等效导热系数的影响，拟合得到了等效导热系数的计算关联式。研究表明：开孔形状对蜂窝单元等效导热系数几乎无影响；等效导热系数随孔隙率增大而减小，受开孔数影响较小。并联开孔相对于串联开孔时等效导热系数更低，孔隙率14%、孔数为4时等效导热系数比串联时小8.4%，相较于未开孔时降低16.1%。     

行星齿轮系统载荷分配行为机理及影响因素分析

将中心构件轴承弹性变形和太阳轮-行星轮-内齿圈支路的弹性变形分别集中在行星架轴承和行星轮轴承中心得到行星齿轮系统的等效模型,并采用行星架刚体运动来模拟行星齿轮系统的载荷分配行为,从而得到行星齿轮系统的载荷分配求解模型.在此基础上得到了载荷分配与轴承等效刚度、各种误差之间的定量关系,分析了各种影响因素对载荷分配的影响规律.结果表明:当行星架轴承与行星轮轴承的等效刚度相差2个数量级以上时,载荷分配只与行星轮轴承等效刚度和行星轮切向位置误差有关,减小行星轮切向位置误差和行星轮轴承等效刚度可实现均载;行星轮和太阳轮偏心误差使系统受到周期性激励,动态载荷系数增大,因此减小行星轮和太阳轮偏心误差可实现动态均载.     

复杂截面高层建筑角对角布置的气动干扰机理研究

基于两栋角对角布置、横截面复杂的实际超高层建筑的刚性模型测压风洞试验数据,分析了综合体型系数以及风压系数分布特性,详细讨论了建筑间的气动干扰机理。研究结果表明,两栋塔楼在气流方向上串列布置时,其间可能产生恒定的旋涡,使得上游建筑背风面和下游建筑迎风面的平均风压都表现为较高的负压,上游建筑的平均风荷载会大大超过单体建筑的情况;两栋塔楼在气流方向上大致并列布置时,建筑两侧可能产生周期性的旋涡脱落,导致横风向响应的均方根值较大。此外,建筑的等效静力风荷载以平均风荷载为主,且建筑的自由振动频率远远大于气动力的卓越频率,脉动风荷载以背景分量为主而共振分量较小,这使得结构刚度的增加无法显著降低建筑的等效静力风荷载。     

爆炸冲击载荷下典型机身结构动响应及破坏

确定满足适航要求的最小风险炸弹位置,必须研究爆炸冲击载荷下机身结构动响应及破坏模式。以某型飞机典型机身结构为研究对象,采用LS-DYNA商用软件,建立了爆炸冲击载荷下机身典型结构动响应数值模型。采用控制变量法分析了爆炸物当量、爆炸冲击距离以及爆炸冲击位置对典型机身结构动响应及破坏模式的影响,同时研究了损伤后典型机身结构的剩余强度。研究结果表明,造成机身结构有效破坏的爆炸物临界当量与爆炸冲击距离密切相关;爆炸冲击距离对典型机身结构损伤及剩余强度影响不明显;典型机身结构筋条位置对剩余强度影响较大。在此基础上,提出了表征剩余强度的无量纲系数,并建立了剩余强度无量纲系数与爆炸物当量及爆炸冲击距离之间的函数关系。     

基于深度学习的飞行载荷测试与反演方法研究

飞行载荷测试技术对飞机的载荷设计、强度试飞以及寿命监控等有重要的意义。为了实现复杂翼结 构气动载荷的实时在线分布测试,提出基于精细化有限元仿真数据驱动的载荷反演方法;使用深度学习方法建 立神经网络代理模型,通过有限元方法构建典型载荷下的结构响应数据集,对模型进行训练;将基于深度学习 方法的翼面载荷反演结果与有限元计算结果进行对比验证。结果表明:总载荷的平均误差约为0.2%,压心位 置误差约为1%,该方法可以使用少量的应变测点数据对整个翼面结构的载荷分布实时反演与重构。     

先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践

舰载战斗机是航空母舰上的主要武器,为满足舰面起飞、着舰和停放等要求,舰载机需围绕起落架系统、拦阻钩系统和翼面折叠系统等"特征结构"进行设计。先进舰载战斗机着舰冲击能量是陆基飞机的6倍以上、拦阻带来的水平载荷超过陆基飞机的15倍,因此特征结构的高载荷对强度设计提出了更高的要求。围绕舰载机"特征结构"及"特征载荷",开展了主要的设计工作,包括："特征载荷"计算,即起落架载荷、拦阻载荷和折叠载荷计算;"特征结构"的强度设计及试验验证,包括起落架系统、拦阻系统、翼面折叠系统的动力学仿真计算、静/疲强度分析、折叠翼面的非线性颤振分析以及综合试验验证;"特征载荷"对其他机体结构强度的影响分析,包括着舰载荷对起落架支撑结构强度的影响、拦阻载荷对后机身支撑结构强度的影响、拦阻着舰的全机动力学响应以及着舰载荷与拦阻载荷的共同作用对全机结构强度的影响;体现舰载机"特征结构"强度特点的试验验证方法等。上述研究成果已成功应用于先进舰载战斗机设计中。     

综合考虑载荷谱和结构特性分散的概率断裂力学方法

在飞机结构的设计定型阶段,要综合考虑载荷谱和结构特性的分散评估机群的可靠寿命。为此,进行了某型飞机结构细节的TA15M钛合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,断口判读得到主裂纹扩展(a,t)数据,反推得到了当量初始缺陷尺寸(EIFS)。对比分析表明,载荷谱分散对EIFS分布参数无影响,估计得到了通用EIFS分布参数。建立了考虑载荷谱分散的裂纹扩展对数正态随机变量模型及参数估计方法,由此确定裂纹超越概率并进行损伤度评估,建立了综合考虑载荷谱和结构特性分散的概率断裂力学方法(PFMA)。     

冲击载荷作用下的锥壁失效仿真及试验验证

根据航空发动机支承锥壁结构受力特点,对风扇叶片飞失冲击载荷作用下的锥壁失效破坏机理进行了研究。利用显式动力学有限元仿真方法,对冲击载荷作用下的锥壁结构动态失效过程进行了瞬态分析。开展了对锥壁的落锤冲击试验,并与分析结果进行了对比验证。试验和分析结果表明:冲击载荷作用下锥壁减薄处破坏为剪切失效破坏。采用的显式动力学有限元仿真方法为准确模拟冲击载荷作用下的锥壁结构失效提供了一种可行的仿真手段,分析获得的峰值加速度与试验结果误差小于5%;利用GISSMO(generalized incremental stress state dependent damage model)可以准确预测锥壁减薄处断裂时间、断裂位置。经过试验验证的分析方法及失效模型可运用到风扇叶片飞失冲击载荷下的锥壁失效设计参数的确定,提高锥壁降载结构设计的精度。      

弹性飞机跨声速机动载荷计算方法

基于跨声速非定常气动力求解的重叠场源法,开展了弹性飞机跨声速机动载荷计算方法研究,为现代飞机结构强度设计提供更加可靠和精确的临界载荷计算方法。首先通过采用重叠场源法求解关于62%根弦俯仰振荡的LANN机翼在马赫数为0.822的非定常气动力并与实验结果进行对比,验证了重叠场源法对跨声速激波效应预测和非定常气动力计算的能力;其次应用频域气动力有理近似技术拟合场源法计算得到的广义气动力系数矩阵,建立了机动载荷分析的状态空间模型;然后完成了某型民用飞机俯仰机动载荷分析,研究了俯仰机动飞行情况下飞机机体状态量及飞机部件载荷响应规律。计算结果表明：考虑机体弹性变形后,机翼和平尾气动载荷响应最大值分别减小了5.1%和10.6%,升降舵气动载荷响应最大值增大了16.2%,在飞机结构强度设计中必须考虑机体弹性效应对飞机部件载荷的影响。     

功率四分支齿轮传动系统的固有特性与动载系数

建立了功率四分支齿轮传动系统动力学模型,基于轴单元法建立了单根转子的振动方程,依据齿轮啮合矩阵实现各转子振动方程的耦合,形成了传动系统的动力学方程,依据动力学方程求解了系统的固有频率和固有振型,得出了在给定转速下系统需进行越界阻尼设计以确保稳定工作的结论;然后分析了不同传动误差下齿轮动载系数变化情况.结果表明:传动误差对功率四分支齿轮传动系统的动载系数有比较明显的影响,随着传动误差的增加系统动载系数也增大,特别在高速级齿轮上表现更加显著.该分析方法和结论为四分支齿轮传动系统的动态优化设计奠定了基础.      

飞机拦阻索动态特性研究

 为了分析飞机拦阻索在拦阻过程中复杂的动态特性,将拦阻索视为空间柔性钢索,液压吸能系统和缓冲系统经过线性拟合,作为传动索的约束条件,通过具有弹性和阻尼特性的梁单元加载在拦阻系统模型中,同时考虑了柔性钢索与刚性支撑体之间的接触碰撞作用,在有限元分析软件LS_DYNA中建立了拦阻系统的碰撞动力学模型,并进行了仿真研究。研究结果表明,飞机尾钩挂索后,在拦阻索与甲板滑轮之间存在连续震荡衰减的应力波,当来自于甲板滑轮的初次反射波到达钩索啮合点时,拦阻力达到极值。