基于片段式导流条的系留气球雷电防护系统仿真方法研究

设计基于片段式导流条的系留气球雷电防护系统。数值计算分析片段式导流条的雷电防护系统,结合试验结果给出最优布局。仿真雷电环境下安装有雷电防护系统的系留气球周围的空间电势分布及系留气球囊体表面的的电势分布。计算系留气球内外电势分布,分析雷电可能的击穿路径。仿真不同情况下系留气球表面电势分布,通过对比分析寻找雷电在囊体最可能的附着点,为系留气球雷电防护系统的设计提供重要的理论依据。     

舰载直升机系留座的布置优化

本文根据舰载直升机系留索的受力特点,推导出系留索的张力计算表达式,利用遗传算法对系留点的位置进行优化,得到了各海况下系留点的优化布局形式和系留索的张力值,最后对得到的结果进行综合分析比较,确定了最佳的系留座布局形式。     

地面系留设施万向滑轮结构优化设计

基于系留缆绳换向及缆绳拉力和倾角的测量,提出了一种优化的机动式系留气球万向滑轮结构设计方案,描述了万向滑轮结构形式、材料选择及工艺实现等,采用三维建模及有限元分析相结合的方法,对万向滑轮结构进行校核分析。结果表明,该结构满足刚度和强度要求,具有较广泛的工程应用价值。     

地面系留对直升机动力响应的影响

 建立了系留状态下直升机旋翼/机体耦合非线性动力学模型,无铰旋翼简化为当量铰刚性桨叶模型,假定机体是刚性体并受起落架和系留索的约束,系留索静态时松弛并只能承受拉力。采用数值仿真研究了系留对模型旋翼地面共振的影响,对初始扰动和旋翼转速对系统动力学行为的影响也进行了仿真研究。对于无系留的模型旋翼来说,在任何转速下没有出现不稳定现象;地面系留时系统会呈现稳定响应、极限环以及大幅值振荡等非线性动力学行为,大幅值振荡将使系留索、接头和支持结构承受破坏性动力载荷。     

基于LMS Virtual. Lab的系留气球仿真与优化

系留气球在近地面收放过程中存在俯仰角过大的问题，为了更全面地了解收放过程中不同因素对球体俯仰角的影响，采用LMS Virtua1. Lab建立了带滑轮索具系统的系留气球三维动力学模型进行仿真分析，结果表明，仿真结果与理论计算、测量数据都有较高的符合度。进而运用试验设计( DOE)方法，探索典型风速下球体俯仰角的响应区间。最后基于响应面模型的优化技术，对滑轮索具系统设计进行优化，有效改善了球体在收放过程中俯仰角过大的问题。仿真模型对系留气球系统设计及收放控制有一定的指导作用。     

基于气象数据系留气球状态参数计算

为分析系留气球在实际应用地气象条件下的系留状态，基于标准大气模型分别在标准大气和实际气象测量的参数下对系留气球主要状态参数重量、重心、0风速平衡俯仰角进行计算。结果表明，应用实际气象数据参数计算的结果会在标准大气计算结果的基础上呈现波动变化。通过不断积累气象数据，利用系留气球实际应用地气象参数计算可对后续系留气球设计进行指导，使系留气球更好地在任务地点使用。     

系留气球囊体材料光老化试验研究

介绍了系留气球囊体材料光老化的影响因素和机理,采用氙灯老化试验对囊体材料进行了抗老化性能研究,并测量了光老化试验前、后的断裂强度,确定了本体材料和热合连接件光老化后的断裂强度损失率,为系留气球的环境适应性和安全设计与分析提供了依据.     

舰载直升机系留载荷及全机应力计算方法研究

 舰载直升机的系留问题是舰、机双系统联系的关键。与地面系留的不同在于舰载系留是基于运动着的基础。特别在高海情下,机体承受各个方向的过载,且载荷较大。这样,机体结构及系留索具是否有足够的承载能力,就显得异常重要。 运动着的基础、系留索具单向承载性以及起落架承载与变形的非线性关系构成了舰载系留的特点。本文针对这些特殊问题,进行了合理而有效的处理。分别采用了“矩阵力法”及“矩阵位移法”进行系留索具的载荷和机体结构应力的计算,并与实验进行了对比分析,得到了满意的结果。     

基于能量原理的直升机系留载荷计算

针对直升机系留系统,基于虚功原理推导了机体刚体位移的方程组。应用Newton-Raphson迭代法可求解机体在外载作用下的刚体位移,从而求得系留索和系留接头的载荷。与有限元方法相比,此方法便于处理索具的预紧力和起落架的初始压缩,计算精度也符合工程应用的要求。     

系留悬浮式风力发电技术的研究进展与展望

风力发电作为清洁能源利用的重要方式,具有无污染、可再生、方便采集等特点,近年来得到快速发展。相对于传统低空风力发电,系留悬浮式风力发电具有容量系数高、发电成本低等优点,拥有更大的开发价值和发展潜力,已有多个国家开展研究并取得一定成果。本文通过对系留悬浮式风力发电技术发展的调研,归纳四种系留悬浮式风力发电技术类型,分析各技术类型的工作原理与特点,总结未来系留悬浮式风力发电需要重点突破的轻质高强系留缆绳设计与制造、高性能囊体复合材料、稳定与智能控制、高效风力发电飞行平台总体设计、便利展开部署五种关键技术,为后续研究提供参考。     

不同外形建模方法对机翼气动特性的影响

飞机设计和制造过程中外形建模方法对飞机气动特性有较大影响。针对一种大型商用飞机机翼外形方案,基于样条曲线曲面理论,以内外翼整体或分段造型、调整曲面特征截面数量等不同方法进行三维外形建模,同时借助CFD数值计算得出巡航状态下各外形的气动参数,对比分析几种建模方法对机翼外形和气动特性的影响,并总结出一些关于飞机机翼外形建模的基本原则,对飞机设计和制造工程有一定参考价值。     

利用振型变化进行结构损伤诊断的研究

 以悬臂梁为研究对象,在其上进行损伤模拟。应用有限元程序进行模态分析,模态分析的结果表明第一阶振型改变率对不同位置和程度损伤的敏感性。提出以第一阶振型改变率作为结构损伤识别的标识量。应用神经网络,成功地识别了损伤的位置和程度,指出其可行性。     

Shape control of spacecraft formation using a virtual spring-damper mesh

This paper derives a distance-based formation control method to maintain the desired formation shape for spacecraft in a gravitational potential field. The method is an analogy of a vir-tual spring-damper mesh. Spacecraft are connected virtually by spring-damper pairs. Convergence analysis is performed using the energy method. Approximate expressions for the distance errors and control accelerations at steady state are derived by using algebraic graph representations and results of graph rigidity. Analytical results indicate that if the underlying graph of the mesh is rigid, the convergence to a static shape is assured, and higher formation control precision can be achieved by increasing the elastic coefficient without increasing the control accelerations. A numerical exam-ple of spacecraft formation in low Earth orbit confirms the theoretical analysis and shows that the desired formation shape can be well achieved using the presented method, whereas the orientation of the formation can be kept pointing to the center of the Earth by the gravity gradient. The method is decentralized, and uses only relative measurement information. Constructing a distributed virtual structure in space can be the general application area. The proposed method can serve as an active shape control law for the spacecraft formations using propellantless internal forces.     

CST气动外形参数化方法研究

 类别形状函数变换(CST)方法是通过类别函数和形状函数来表示几何外形的新型气动外形参数化方法。通过考察参数化过程线性系统的条件数以及对翼型的表示误差,研究了Bernstein多项式阶数(BPO)对CST方法单值性和精度的影响,并将CST方法与B样条法、Hicks-Henne法和参数化翼型(PARSEC)法的参数数量和表示精度进行了对比。使用基于CST参数化方法的远场组元(FCE)激波阻力优化方法对超声速机翼进行外形优化,优化后的机翼其激波阻力降低达61%。研究结果表明:CST方法具有参数少,精度高的优点;为保证表示精度,同时避免病态参数化过程,应使用4阶以上、10阶以下的Bernstein多项式定义形状函数。     

基于递阶遗传算法的结构非接触形状控制

以PLZT光致伸缩层合梁非接触形状控制问题为研究对象,提出了一种结合结构拓扑优化与递阶遗传算法的控制方法.该方法以PLZT光致伸缩驱动器的拓扑分布和照射的光强值为设计变量,以PLZT光致伸缩层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为适应度函数,应用结构拓扑优化、递阶遗传算法和有限元法,优化了PLZT光致伸缩驱动器的分布和所照射的光强值.与基于传统遗传算法的形状控制方法的计算结果进行了对比分析,该方法的进化速度提高了91%以上,所控制的结构形状与期望形状的误差较传统遗传算法降低了76%以上.      

旋转叶片频率转向与振型转换特性

通过对典型旋转叶片的有限元分析, 讨论了旋转叶片动频特性的“频率转向”和“振型转换”问题, 尤其是关于多模态耦合的复杂“频率转向”和“振型转换”的现象和特点.首先讨论了旋转叶片动频特性中的两阶模态间“频率转向”和“振型转换”问题, 说明了这种耦合振动问题的机理, 然后研究了多阶模态相互耦合所导致的复杂“频率转向”和“振型转换”现象, 对其基本特点进行了详细的分析和说明.      

基于代理模型的大型民机机翼气动优化设计

先进的气动优化设计思想与方法，对于提升大型民机气动与综合性能具有至关重要的意义。探讨了大型民机超临界机翼气动优化设计的基本准则和要点，并结合代理优化算法，提出了一种面向工程应用的多轮次高效全局气动优化设计方法。首先，通过一系列解析函数/翼型/机翼优化测试算例进行了验证。其次，将所提出的方法与人工修型相结合，开展了针对宽体客机超临界机翼的两轮气动优化设计，使其气动性能得到显著改善。最后，采用不同的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程求解器对安装优化机翼的全机巡航构型进行了典型状态的气动性能综合评估。研究结果表明，所提出的代理优化算法具有很高的优化效率、较强的约束处理和全局优化能力；将所发展的基于代理模型的多轮次气动优化设计方法与人工修型相结合，能够获得满足设计要求的气动外形，验证了该方法在大型民机超临界机翼气动设计中的有效性和工程实用性。     

基于超椭圆方程和序列响应面法的回转壳开孔形状优化

含有多种功能开孔的轻质回转壳结构是航空航天结构系统内的常用支撑构件,其开孔形状直接影响结构的静动态性能。以回转壳结构为对象,基于超椭圆方程和坐标映射变换推导了回转壳开孔边界的参数化表达,开展了开孔形状动力学优化研究。为提高结构优化计算的精度、效率和收敛性,提出了准等弧长方法和基于均匀设计的序列响应面近似建模方法(SRSM),以分别实现空间超椭圆曲线的精确逼近、减少结构有限元分析成本和加快迭代收敛。以非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)作为响应面模型求解算法,结合有限元分析构建了回转壳开孔形状优化设计流程,开展了最大化结构一二阶频率带隙的典型回转壳结构开孔形状优化设计。结果表明,基于超椭圆方程和序列响应面法的开孔优化方法获得了有效改进结构动态特性的回转壳开孔形状,对开展计算耗时工程结构形状优化设计具有一定应用价值。     

翼身融合飞机参数化几何模型

本文研究翼身融合飞机的参数化几何模型生成的方法。翼身融合飞机各部件均视作翼面类部件,运用形状函数和分类函数变换方法描述飞机各个剖面翼型。用三次施密特曲线描述飞机沿展向的厚度变化与后缘曲线形状,用分段曲线描述复杂的前缘形状。翼梢小翼划分为过渡段与主段两部分分别描述,并通过变换矩阵计算主翼段关键参数坐标。应用CATIA二次开发技术实现参数化几何模型的自动生成。     

An improved procedure for manufacture of 3D tubes with springback concerned in flexible bending process

Three dimensional (3D) tubes, which possess the characteristics of space saving, lightweight and high strength, are widely used in many high-end industries such as aviation, aerospace, automobile and shipbuilding. However, when manufacturing a 3D tube in flexible bending process, springback is a big obstacle for improving the forming quality. In this paper, a new comprehensive strategy for springback control of 3D tubes is proposed. The strategy can be described as follows: (1) define the desired shape and manufacture shape; (2) optimize the manufacture shape using two tooling design methods (e.g. DA (displacement adjustment) method and B&T (bending and twisting) method presented in this paper); (3) make a discretization of the manufacture shape to acquire the optimized forming parameters. Additionally, experiment is implemented to validate the effectiveness of the new strategy. Results show that forming parameters acquired by the new strategy are partially effective. The new strategy also demonstrates that, during 3D tubes forming, the deviation caused by over-bent elements can be counteracted by the deficient-bent elements. This principle is helpful to reduce the difficulty of parameter determination in future.