基于MBSE的副翼及其操纵系统研发技术及应用

飞机的设计研发是一项涉及多学科领域、多目标、多约束的复杂系统工程过程,系统耦合紧密、参与人员众多、设计信息庞杂,以文档为中心的需求管理等传统研发方法突显出一定的困难,亟需探索新的飞机设计研发方法。以副翼及其操纵系统为研究对象,对基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,以下简称MBSE)方法进行了探索研究:采用达索MBSE方法论-MMS(Modeling Methodology for Systems,以下简称MMS),从使命、服务、功能和组件不同视角对副翼及其操纵系统研发的各个方面进行解析,进而完整定义系统;利用达索3D Experience平台,通过RFLP系统工程架构,进行了副翼及其操纵系统的需求开发、功能分析及逻辑架构设计,完成了需求、功能、逻辑架构、系统仿真、物理设计等模型的关联追溯,实现了以达索MBSE方法论为核心的研发技术的有效应用。     

基于模型的矢量喷管控制系统设计

为实现矢量喷管控制系统正向研发"V"字模型,使用基于模型的设计方法开展矢量喷管控制系统的设计和验证。建立了包含矢量喷管液压机械单元、矢量喷管控制器及矢量偏转运动的矢量喷管控制系统模型,与发动机模型、飞机模型集成用于矢量喷管控制系统的系统综合设计。使用模型自动测试技术开展数字仿真试验,利用自动代码生成技术和实时仿真技术实现控制软件快速开发和系统半物理试验,试验结果表明了矢量喷管控制系统设计的正确性、高效性。     

面向过程知识重用的飞机设计过程ProA_K模型

针对飞机设计过程的复杂性特点,引入设计过程ProA建模方法,将飞机设计过程知识集成到过程ProA模型中,提出了飞机设计过程ProA_K模型,该模型利用PorA过程模型的遗传性和继承性等特点,实现设计过程知识的重用,提高飞机设计效率。     

MBSE在航空飞行控制系统的应用研究

现代飞机系统的复杂性不断增长,传统的开发方法在管理和维护方面变得越来越具有挑战性。首先,对航空飞控系统研发过程在当前系统工程实践方面进行了评估,阐述了传统开发方式的不足和基于模型的系统工程（MBSE）的核心原则和优点,以及在实现中常用的工具和方法;然后,展示了MBSE如何在飞行控制系统研发时使用模型来支持复杂系统的规范、设计、分析、验证和确认的过程;最后,结合先进的MBSE工具和方法的发展,MBSE结合敏捷的开发前景,以及提高MBSE实践的互操作性和标准化的需求对未来的研究方向进行了展望。本文研究为利用MBSE方法论和工具来改进飞行控制系统的设计、开发和性能感兴趣的航空工业专业人员、系统工程师提供资源和解决思路。     

虚拟制造技术在飞机设计与制造中的应用

虚拟制造技术可以在产品设计阶段对产品的整个生命周期进行建模、仿真和优化,从而更加高效、经济、灵活地组织生产,达到了缩短产品研发周期、降低研发成本、优化产品质量和提高生产效率的目的。介绍了虚拟制造技术的含义、特点及国内外应用概况;综述了虚拟制造技术在航空制造业的应用,包括飞机虚拟设计、零件虚拟制造、部件虚拟装配和生产线规划等方面应用的成功案例,从而展示应用虚拟制造技术的意义;最后,总结了虚拟现实技术在飞机设计与制造过程中被广泛应用的发展现状,并且展望了虚拟制造技术的发展及应用前景。     

飞机工艺装备标准体系架构实现路径研究

分析了数字化研发环境下飞机工艺装备设计制造技术发展需求,提出了面向功能设计的飞机工艺装备标准体系架构的原则、思路、主要结构、标准项目的特征和示例,研究了实现标准体系架构的3种路径。     

计算机辅助飞机总体方案设计系统设计对象模型与设计过程模型

介绍计算机辅助设计系统的概念及基本要求,以及计算机辅助飞机总体方案设计系统的特点与要求。模型问题是建立系统的首要问题,根据设计理论的概念,建立了设计对象模型及设计过程模型。设计对象模型用于综合所有设计工具;设计过程模型用于描述设计过程与设计活动。通过飞机总体参数选择阶段系统的开发,说明所建立的模型是正确的、有效的。     

飞机维护虚拟样机技术研究与实现

分析了飞机设计中虚拟样机与数字样机技术的区别和联系,提出了基于虚拟样机工程生命周期管理P3R模型的虚拟样机仿真支撑平台体系结构,从虚拟样机维护视图的角度,阐述了飞机维护虚拟样机的概念,描述了以Windchill为基础设施构建的虚拟样机协同工作支撑平台和维护虚拟样机仿真定义与评估工具的功能和计算机实现,重点讨论了飞机虚拟样机维护过程的定义方法。     

客舱环境质量与环控技术研究

目前,民航运输的安全性、舒适性和经济性越来越受到重视,飞机设计的重点从最初的飞机结构设计、飞机安全性设计,发展到舒适性设计,以人为本的设计理念已经渗透到飞机研发的各个环节。     

面向飞机的装配方案索引技术

现代飞机设计多为改型设计,其装配方案具有一定的相似性。因此,在装配工艺规划工作中采用基于实例的推理技术,是有效利用以往设计经验和知识,实现产品快速研制的一种有效途径。本文在飞机产品结构特点和单元分解方法分析的基础上,提出一种对飞机零件进行分类的BP神经网络索引方法,用以支持飞机装配方案的获取。     

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。     

μ理论在电液负载模拟器中的应用

 研究μ理论在电液负载模拟器中的应用，提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统，且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响，利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器，并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果，实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

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。     

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。     

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.      

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…