结构疲劳细节优化设计及其试验筛选法

为满足结构设计寿命要求，针对结构的疲劳强度薄弱部位，需进行结构疲劳细节优化设计和筛选试验，为此，本文首先提出了某飞机结构的三种疲劳设计形式，并建立其筛选试验新方法，然后，进行了此三种疲劳设计形式的模拟件的筛选试验，在此基础上，进行了筛选试验数据的可靠性分析。分别计算出三种设计形式的疲劳寿命的增益结果。分析结果表明：本文提出的设计方案3效果最优，据此优化出了最佳的疲劳设计形式。     

无人机L1自适应俯仰控制性能仿真

面向无人机全包线飞行时动态的非线性、战损/故障导致的舵面效能变化以及外部环境的时变干扰问题，以俯仰角控制为例，设计了L1自适应控制器，同时设计PI控制器以便对比分析控制性能。通过开展一系列仿真试验，可以发现，对于存在模型不确定性、舵面效能变化和外部时变干扰情况，L1自适应控制器的稳定性和鲁棒性明显优于PI控制器，满足无人机的控制需求，为工程应用奠定基础。     

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。     

基于压电分流阻尼电路的悬臂振动控制方法

针对航天领域内广泛应用的大尺寸、高柔性结构存在的振动自由衰减速度慢的问题，为了防止振动对飞行器结构的功能造成影响或者破坏，设计了基于宏纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）压电分流阻尼电路的结构减振方法。在对压电片电学特性分析的基础上，对电路结构进行了设计和分析，并用阻抗分析法对电路参数进行了优化，其中采用浮地模拟电感实现了电路中所需的大电感。针对典型悬臂梁结构，采用仿真手段分析了压电分流阻尼电路的减振效果，并搭建试验系统进行试验验证，压电分流电路能够显著降低结构的振动幅值。     

飞行器蒙皮桁条结构减振优化设计方法研究

减振和隔冲击设计对航天飞行器可靠性和安全性设计具有重要意义。先利用爆炸冲击的加载试验，获得了典型蒙皮桁条结构有效的冲击加速度数据。建立并修正了减振结构的动力学仿真模型，利用验证的仿真模型对五种不同的结构减振方案进行分析，得到一种有效的减振优化设计方法。     

稳态焓探针的优化设计与试验验证

针对高超声速飞行器地面防热试验高精度总焓测量需求，研制了一种带热防护罩的稳态焓探针。基于能量平衡原理设计了稳态焓探针测量系统，采用有限元方法分析了焓探针采样管长度、壁厚以及冷却水流向、流量对焓值测量误差的影响，优化设计了焓探针的隔热结构和水气流量。在电弧加热器流场中开展了验证试验，结果表明:该稳态焓探针参数设计合理且隔热结构性能良好，重复性精度优于2.6%，与驻点热流Fay-Riddell法比较，最大偏差为13.0%。     

复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题，研制了一种可满足370℃，1.34MPa的机匣热内压试验技术，并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构，能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力，避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈，可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析，三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证，所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用，突破了密封材料的适用温度局限，可以满足机匣件热内压试验密封要求。     

飞机无刷交流发电机设计原则及试验仿真研究

旋转整流器式无刷交流发电机是飞机恒速恒频、变速恒频及高压直流电源系统的核心部件。随着电机制造材料的发展，无刷交流发电机的设计也在不断发展与完善。变速恒频及高压直流电源中的无刷交流发电机后级带整流负载，因而电机结构有别于恒速恒频电源中的发电机。为实现体积小、重量轻、性能好的设计目标，讨论了变速恒频电源中无刷交流发电机的设计原则。并结合某一样机实例，对无刷交流发电机进行了数字仿真并对样机进行了性能试验，样机试验及仿真结果基本吻合，说明数字仿真的正确性。针对该样机的设计不足，本文提出了一种改进方案，从而进一步改善了电机结构和工艺性。     

基于响应面的结构抗疲劳优化设计方法

借助于试验设计和响应面近似模型技术,提出了一个结构细节抗疲劳优化设计的策略。其基本思想是在结构抗疲劳设计方法的指导下选取结构的设计变量,用试验设计方法在设计变量空间里选取样本点,对各样本点所对应的结构建立有限元模型并进行结构分析和疲劳寿命估算,得到各样本点的响应(结构质量和疲劳寿命),用这些样本点和响应建立疲劳寿命和质量的响应面近似模型,并对近似模型进行优化获得最优解。算例表明本文提出的结构抗疲劳优化的策略是十分有效的。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅱ)--组合控制

本文是系列讲座的第二篇，涉及组合振动控制的基本问题，重点介绍近几年的研究结果。包括：各种阻尼材料及其性能，筒型粘弹性阻尼器特性及设计方法，自由和约束阻尼层结构以及粘一弹性复合结构的分析，直线式压电作动器PZT-AM和TOKIN的特性、试验及设计；在此基础上，以空间桁架为例，讨论了组合振动控制实现问题，涉及动力学特性分析和试验，用评价函数描述被动振动控制参数对主动振动控制的影响，作动器和阻尼器的优化配置等。从工程应用角度，本文指出应当建立相应的数据库，用来指导结构设计。     

基于寿命包线的飞机金属结构寿命预测方法

飞机结构寿命包线是飞机结构在安全使用条件下疲劳寿命与日历寿命的边界线;在其概念的基础上,考虑疲劳寿命与日历寿命的相互影响关系,提出了通过预腐蚀疲劳试验确定飞机结构寿命包线的腐蚀影响系数法,建立了典型服役环境下飞机金属结构腐蚀疲劳关键件的剩余寿命预测方法,并给出了在飞行强度变化条件下的剩余寿命预测实例。飞机结构寿命包线确定方法与剩余寿命预测方法的建立,为飞机结构单机寿命(疲劳寿命与日历寿命)监控奠定了基础。     

CK1—M模拟无人机发射装置的研究和分析

CK1—M模拟机系缩比为1/5的模拟无人机,安装在发射装置的滑轨上,并采用固体火箭作为助推器进行发射起飞,以研究分析发射起飞过程中的一些问题。 本文介绍有关CK1—M模拟无人机发射装置的设计、调试和分析的几个问题,包括单发和双发起飞方案中滑轨长度的确定和释放力的选择,以及模拟机离轨瞬时相对滑轨运动的研究和滑轨结构型式的确定等问题。 模拟无人机发射起飞试验证明:有关发射装置的试验记录数据和计算结果具有良好的一致性,这些试验数据和设计方案是可信的,可作为无人机发射装置的设计依据。     

损伤金属结构的复合材料胶接修补实验研究

采用复合材料补片对损伤的金属飞机结构进行胶接修修亘，可以经济而有铲地恢复结构的承载能力和延长结构的使用寿命，通过金属材料裂纹板胶接修补前后的静强度和疲劳寿命对比,验证了这种修补方法的可行性和有效性，。实验结果表明；裂纹板经复合材料补片胶接修补后，其静强度和疲劳寿命均有显著的提高，并且增加补片的宽度或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。     

飞机舵机作动器局部应力与疲劳寿命分析

通过有限元分析软件ANSYS Workbench对飞机舵机作动器进行了力学分析建模,通过引入非线性接触设置模拟了作动器筒体的实际工作的接触效应,分析了结构在复杂工作状态下的局部应力分布,并且根据第四强度理论校核了结构的静强度设计;然后,在静力分析的基础上,根据第一强度理论确定结构的疲劳危险点,并结合名义应力法和线性累积损伤理论估算了结构在设计疲劳谱下的疲劳寿命。本文的分析流程可以给工程设计单位在处理类似复杂航空结构的静强度与安全寿命设计问题方面提供参考。     

运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法

针对运输类飞机的飞行特点,基于姿态角和相关重心过载参数变化,提出了运输类飞机的阵风与机动载荷识别算法。利用Matlab进行算法编程,通过实测载荷数据实例,验证了该算法的有效性,为新机结构可靠性设计和全尺寸疲劳试验提供了参考数据。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

某型飞机液压导管延寿研究

针对某型飞机液压导管延寿问题。通过故障模式分析,研究使用环境对导管寿命的影响,对到寿导管进行疲劳试验,结合结构、脉动应力和可靠性进行分析,论证了导管实际寿命潜力满足延寿要求的能力。     

全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测及声发射监测技术研究

本文介绍了在全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测和声发射监测的技术细节,说明了如何根据监测目标任务要求,确定传感器位置和安装方案、进行声传播通道性能测试、材料声发射(AE)性能研究和考证整个检测系统工作的平稳性。讨论了如何合理设置数据采集系统的参数,研究了背景噪声的变化规律,并特别研究了同疲劳裂纹形成和扩展有关的声发射信号的特征及如何从强背景噪声环境中获得有用AE信号。论文以中央翼-外翼连接区域和起落架上枢轴接头等关键部位为例,说明实施监测的方法。由于疲劳试验特别强调监测结果的实时性和及时性,在声发射信号处理方面,作者利用趋势分析,基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术对一些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证全尺寸飞机机体部件疲劳试验的顺利进行起到了重要作用。     

具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的发展及展望

本文综合介绍了近年来国外迅速发展的具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的研究成果及发展趋势。提出了埋设于复合材料内部的光纤系统将成为未来飞行器结构的“神经网络系统”而使结构成为“智能结构”等新概念。文章较详细地阐述了这种新颖结构在制造和使用过程中在应变、变形、固化、损伤、疲劳等检测方面的具体应用及发展趋势。