飞机复合材料结构闪电防护技术研究

闪电是飞机飞行安全的重大威胁。随着导电性能极低的复合材料结构在飞机上用量的日益提高,为保证飞机飞行安全,必须有针对性地研究复合材料机体结构的闪电防护措施。本文对复合材料机体结构的闪电防护措施进行了探索,并介绍了某型飞机全复合材料机身段的闪电防护设计及相关研究进展情况。     

民用飞机第23.867条款要求及适航审定研究

随着越来越多先进复合材料应用在民用飞机上以及民用飞机上使用的电子电气设备重要度和集成度越来越高,飞机的闪电防护设计越来越重要。CCAR-23第23.867条对民用飞机机体结构闪电直接效应防护进行了规定。研究了该条款的制定和修订的背景和历程,明确了条款的实质要求。23部飞机的使用用途和设计特点使得23部飞机的闪电防护设计和符合性验证也有自己的特点,为此,重点研究了23.867条款的基本设计、审定步骤和审查关注要素等,梳理出了飞机机体结构的闪电直接效应防护设计和适航审定的基本流程,给出了可接受的符合性方法,提出了23部飞机闪电直接效应防护设计、审定各流程的主要工作、可指导或可参考的文件、重点关注要素和技术审查要点,为民用飞机的闪电直接效应防护的设计和适航审定提供了参考。     

某型飞机复合材料后机身闪电防护设计及应用研究

飞机的防雷击设计是现代飞机设计的一个重要组成部分,由于复合材料的抗雷击损伤能力比铝合金差,所以必须有可靠的防雷击系统才能保证飞机的飞行安全。以复合材料后机身作为研究对象,详细探讨了闪电防护的方案设计和应用研究及其适航符合性说明。     

复合材料飞机电搭接/接地研究

简要说明了电搭接/接地对于复合材料飞机的重要性和实施面临的难题。从目的和需求入手,阐述了复合材料飞机电搭接/接地的实施步骤,分类列举了国内外复合材料机型在电流回流、防电磁干扰、闪电/静电防护等方面已采取的电搭接/接地设计案例,并对案例进行了分析总结,最后给出了复合材料飞机电搭接/接地检查的阻值要求和实施流程。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

复合材料结构螺旋桨闪电防护及直接效应验证研究

闪电对航空器的直接危害可能导致机体结构,特别是复合材料结构的破坏,造成机毁人亡;间接危害可能引起电气/电子设备丧失功能,影响飞机的正常操作。通过对螺旋桨规章及试验要求的分析,提出螺旋桨闪电防护设计考虑,并提出了验证过程中直接效应试验的选点方案,明确了试验验证的考核重点,提出了验证思路。     

IEL&HIRF传递函数分析预测与系统定义

讨论闪电间接效应和高强度辐射场的飞机传递函数的同步测量与分析计算,论述飞机系统设备对闪电间接效应或高强度辐射场响应的分析预测方法,说明系统定义中电磁兼容及设备电磁防护的设计方法。     

民用飞机燃油箱系统闪电防护分析方法研究

民机燃油箱系统的闪电防护是燃油箱安全的重要研究范畴，本文依据FAA的25-146号修正案和咨询通告AC25.954-1，介绍了民用飞机燃油箱系统闪电防护分析方法。在点火源防护分析思路的基础上，针对闪电引起的点火源，在明确飞机闪电分区后，可通过容错类设计或非容错类设计分别开展分析。针对容错类设计，可仅通过证明防护设计特征有效且可靠来表明符合性，无需进一步分析失效概率。针对非容错类设计，通过定性和定量分析法进行评估。在定性分析时，需评估非容错特征失效且引起点火源的概率小于1E-5。在定量分析中，可结合燃油箱可燃性、关键闪电和防护特征失效概率确保闪电引起燃油蒸气点燃的概率为极不可能。同时，根据闪电环境定义的电流振幅和波形对防护设计特征进行有效性验证。     

航空器闪电与高强辐射场防护的适航审定

ARJ21飞机是我国首次依据中国民用航空规章进行闪电与HIRF防护适航审定的飞机。介绍了闪电与HIRF对航空器的影响和航空器通过闪电与HIRF防护适航审定必须完成的符合性验证工作。     

飞机新型抗雷击复合材料研究进展

复合材料导电性差,一旦遭受雷击,便会产生严重的损伤。随着复合材料在飞机上的用量越来越大,如何对复合材料进行雷电防护,保证飞机遭遇雷击后能够继续安全飞行,成为飞机设计中的一个难点。文中首先分析了复合材料在雷击时的损伤机理,之后介绍了近几年来新型的复合材料雷电防护方法,并结合上述方法,为新型飞机复合材料雷电防护提出了建议。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

跨流域高超声速绕流Boltzmann模型方程并行算法

通过对Boltzmann方程碰撞积分进行模型化处理,提出了统一描述各流域复杂高超声速流动输运现象的气体分子速度分布函数控制方程,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造出直接求解分子速度分布函数的气体动理论耦合迭代数值格式,研制了复杂飞行器高超声速绕流气动热力学计算模型。基于对气体动理论数值计算方法内在并行性、变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性的分析研究,使用区域分解并行化方法提出了新型的气体动理论数值算法并行方案;研究了数据的并行分布与并行执行特征,开展了大规模的并行化程序设计,构造了可稳定运行于成千上万CPU的高性能并行算法,用以模拟各流域复杂飞行器的高超声速绕流问题。以稀薄流到连续流环境下不同Knudsen数、不同马赫数的可重复使用类球锥卫星体及翼身组合复杂飞行器等气动力、热绕流问题为研究对象展开大规模并行计算,并进行算法验证,所得计算结果与理论分析、直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)的模拟值及有关实验数据吻合较好,揭示了飞行器跨流域高超声速下的复杂流动机理与变化规律,提供了一条能够可靠模拟高超声速飞行器跨流域气动力及热问题的统一的算法应用研究途径。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

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<正>About Journal Chinese Journal of Aeronautics(CJA)is a comprehensive academic journal dealing with the fields of aeronautics and astronautics.It reports researches concerning the two fields in China and abroad to promote the academic exchange.Founded in 1988 and sponsored by the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics and Beihang University,CJA publishes papers bimonthly,with issues released in February,April,June,August,October and December.