空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

结构健康监测系统中的频率响应方法

本文就频率响应方法在结构健康监测系统中的应用进行研究。运用有限元方法计算了圆形通孔与分层两种损伤对复合材料结构动态特性的影响,尝试利用RBF(径向基函数)神经网络对损伤进行识别与定位,并取得不错的结果;对频率响应方法在结构健康监测系统中应用的可行性及其在健康监测系统中的应用进行讨论。     

飞行器表面气动载荷的柔性智能蒙皮多参量测量

飞行器表面气动参数特征是飞行器结构设计和安全评估的重要依据,而风洞试验作为最有效的测试手段,通常面临破坏结构、测量物理量单一等问题。提出曲面共形的柔性智能蒙皮测量技术,集成了多种超薄柔性传感器阵列,通过剪纸–拼接的完全共形方式集成到飞行器结构表面,在不改变结构表面形貌的情况下同步实时测量壁面静态压力、脉动压力、温度、壁面剪应力等多种气动参数。在直流式风洞、射流平台和FL–9风洞中对NACA0012机翼和飞行器尾翼进行了变风速和变迎角试验,分析风洞试验中采集获得的多种气动参数,验证了该系统的可用性,为风洞试验中柔性智能蒙皮多参量同步测量气动特性研究提供参考。     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

分布式光纤微弯应变传感器

分布式应变传感器对大型重要工程结构的应变状态的实时测量具有重要的应用价值.本文研究了一种基于光时域反射技术的准分布式光纤应变传感器系统,沿光纤分布各局部点的应变信息由一种新颖结构的微弯应变传感器提取.实验研究表明,此微弯应变传感器在一定的工作范围内有较高的灵敏度、较好的线性度和重复性.     

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。     

飞机结构多处损伤研究现状

多损伤是老龄飞机最主要的损伤形式,在文中介绍了多损伤应力强度因子的计算方法和多裂纹连通准则,飞机结构多损伤裂纹扩展模型和可靠性分析研究现状.     

压电智能结构的实验研究

在复合材料表层铺设压电元件，利用压电元件能够实现力学量和电学量之间相互转化的独特性能，可将其用作传感器和驱动器，赋予材料和结构传感及动作的能力。本研究的压电材料采用锆钛酸铅压电陶瓷，基体材料采用玻璃纤维－环氧树脂复合材料，与外部信号采集和控制系统结合，构成了智能结构实验系统。本文对这一系统的损伤诊断和损伤主动控制功能进行了实验研究。该结构一方面可对冲击、过载等可能造成损伤的原因进行监测，并诊断裂缝、连接松动等损伤的产生和位置，另一方面还可自适应地驱动结构中的压电驱动器，改善结构应力状态，防止损伤的扩展。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

基于不完备检测的飞机结构维修优化方法

针对飞机结构的损伤容限设计特点,提出了采用不等间隔的检测策略,同时考虑了不同检测等级的不同检测完备程度对飞机结构维修费用和维修决策的影响.研究了在此策略下的不同更新情况和相应的更新概率,以检测间隔、首检期系数和检测等级为优化变量,期望维修费用率为目标函数,建立了基于不完备检测的飞机结构维修优化模型.通过实例验证了模型的有效性和经济性.     

基于检查数据和物理退化模型的涡轮叶片检修策略优化

根据发动机涡轮叶片在日常使用过程中的损伤检修数据确定其失效概率分布函数,应用Paris公式对叶片裂纹增长进行反演分析,得到在指定阈值下可检裂纹长度与初检时间的对应关系;再模拟裂纹增长过程,得到叶片在寿命周期内各个检查时刻的状态;最后通过仿真结果的统计分析得知叶片的失效概率。案例研究结果表明:叶片在服役过程中如果初检时间太早,初检时扩展裂纹长度小,不易被检测到,后续的重复检查间隔长,在各重复检查时刻容易产生失效;如果初检时间太迟,叶片在初检时会接近甚至超过临界损伤值,也增加失效概率。在允许失效概率为10-5的条件下,涡轮叶片在计划运行周期内的最优检查次数12次,最优初检时间和重复检查间隔分别为1 371循环和307循环。所提方法和研究结果为航空公司机务维修人员和发动机工程师的风险评判和检修决策提供依据和参考。     

Loading Localization by Small-Diameter Optical Fiber Sensors

Structural health monitoring(SHM)in service has attracted increasing attention for years.Load localization on a structure is studied hereby.Two algorithms,i.e.,support vector machine(SVM)method and back propagation neural network(BPNN)algorithm,are proposed to identify the loading positions individually.The feasibility of the suggested methods is evaluated through an experimental program on a carbon fiber reinforced plastic laminate.The experimental tests involve in application of four optical fiber-based sensors for strain measurement at discrete points.The sensors are specially designed fiber Bragg grating(FBG)in small diameter.The small-diameter FBG sensors are arrayed in 2-D on the laminate surface.The testing results indicate that the loading position could be detected by the proposed method.Using SVM method,the 2-D FBG sensors can approximate the loading location with maximum error less than 14 mm.However,the maximum localization error could be limited to about 1 mm by applying the BPNN algorithm.It is mainly because the convergence conditions(mean square error)can be set in advance,while SVM cannot.     

鸟撞飞机风档非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型.比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比.对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善.最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考.     

光纤液位检测系统的研制

介绍了南京航空航天大学研制成功的新型光纤式液位检测系统的工作原理，结构组成和技术特点，这种系统采用新颖的液位传感探头，应用了先进的光纤传感器技术及微电子信号处理装置，因此具有耐腐蚀，防燃，防爆，抗电磁干扰，体积小，重量轻等优点，这种系统特别适用于航空及石油化工等领域的液位检测，还具体介绍了已成功地应用于我国农业飞机的五通道光纤液位检测系统，此项技术在航空上的应用，充分说明了该研制成果具有很好的先进     

一种全数字半物理飞行控制实时仿真系统

提出了一种基于PC机与局域网（LAN）的无人机飞行实时仿真系统。该系统采用全数字仿真与实时动画方面模拟飞机动力学、运动学特性、机栽传感器信号与电气特性和地面测控系统功能，具有实时性、可靠性高、操作灵活、直观、成本低的特点。实际使用结果表明系统性能良好，完全满足飞行控制系统半物理实时仿真试验要求。     

定量反馈理论在鲁棒与容错飞行控制系统中的应用

定量反馈理论（Quantitative feedback theory,QFT）作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术，综合考虑了对象的不确定性范围和对系统的性能指标要求，以定量方式在Nichols图上展开分析与设计，从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和理棒性。而当飞机控制舵面局部受损或失败时，飞机模型气动导数所受的影响可看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展，因此，考虑舵面受损与失效时的容错习行控制系统也可用QFT方法进行分析与设计。本文在讨论QFT原理与设计方法的基础上，以某型无人驾驶飞机的纵向飞行控制系统为例，对鲁棒和容错飞行控制技术进行了分析、研究与设计，获得了满意的设计与仿真结果。     

SIMULATION OF LARGE CIVIL AIRCRAFT LANDING RESPONSE UNDER CONSIDERATIONS OF FLEXIBLE AIRFRAME

To evaluate the landing response of the large civil aircraft in the conceptual design phase , a method for simulating aircraft landing is given.The model for the shock absorber is investigated.The flexible airframe model is established using finite element model ( FEM ) to analyze its modes.Then , the whole aircraft model with flexible airframe is made for the multibody simulation.Tail-down , two-point , three-point and sideslip landing scenarios are studied.The influence on the landing performance considering mode superposition of the flexible airframe is analyzed.Both longitudinal and spanwise positions of the main landing gear are changed to research the influence on the landing performance.Results show that the method is feasible.The shock absorber axial force of the main landing gear with the flexible airframe is smaller than that of rigid airframe.The number of mode superposition and the position of main landing gear can influence the landing response.     

All-Electric Aircraft Nose Wheel Steering System with Two Worm Gears

As all-electric aircraft has many advantages,an aircraft nose wheel steering system would be developed to the all-electric direction.Concerning the control demand of the nose wheel steering system,based on the basic principles of nose wheel steering system and the design technique of mechanotronics,an all-electric aircraft nose wheel steering system,composed of a nose wheel steering mechanism of two worm gear and a control servo system of fly-by-wire with both steering and anti-shimmy functions is designed to meet the demand for operation control in the nose wheel steering system.Then,based on the LMS-AMESim software,the simulation model of the system is established to simulate the dynamics for the verification of its steering function.The simulation results indicate that the nose wheel steering system is reasonable,and can meet the requirements of the general project.Furthermore,the prototypes of the steering mechanism and control system are studied to validate the design,and the steering test bench is prepared to test the designed system.The test results,such as steer angle,rotate speed of motor are analyzed in details and compared with the theoretical results.The analysis and comparison results show that the design is reasonable and the property of the prototype can achieve the design objectives.     

考虑检修因素的海洋工程结构疲劳可靠性分析

现在海洋工程结构的疲劳分析大多是基于S－N曲线及Miner-Palmgren线性累积损伤准则的，但有一些规范中的许用累积损伤是基于结构检测可行性来确定的。本文对基于可靠性断裂力学的许用累积损伤进行了研究，它是利用裂纹检测概率曲线中的检测质量来确定的。最后得出，对于目标安全水平所对应的许用累积损伤值，在老虑检测影响时可适当增大。     

基于PO-PTD的航空器对下滑道结构影响的动态研究

下滑信标是仪表着陆系统的重要组成部分,为进近中的航空器提供垂直方位引导。进行障碍物对下滑信标信号影响的精确分析可以为导航台站选址及解决导航台运行中存在的问题提供理论依据。本文基于物理光学-物理绕射理论(Physical optics-physical theory of diffraction,PO-PTD)算法,结合空客A320-200型客机以及机场三维模型对下滑信标的下滑道结构影响进行了静态分析。在静态分析的基础上,对飞机在滑行道上滑行且五边上有飞机进近时的影响进行了动态研究,找出了某机场飞行员长期反映的下滑道信号不稳问题的原因。动态研究数据与飞行校验结果进行了比对并与飞行校验结果吻合。