折叠球形气囊展开过程仿真

球形气囊展开和折叠过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便。建立以单侧内折方式折叠的球形气囊数值分析模型,研究球形气囊折叠后充气展开的动态应用特性,比较相同充气条件不同折叠层数和相同折叠层数不同充气条件下气囊展开动态特性的差异;对影响气囊展开过程中体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论折叠层数、充气速率和充气量对球形气囊动态特性的影响。结果表明:单侧内折折叠次数增多会导致气囊内压最大值增大,应用时设定气囊折叠次数应考虑气囊材料最大内压承受能力;充气速率和充气量均会影响气囊展开的稳定性,充气速率的影响主要在充气及气囊展开初期阶段,而充气量的影响主要在充气完成后的自由展开阶段。     

流构耦合作用下柱状薄膜充气过程的流场

采用Euler-Lagrangian方法,重点研究了柱状薄膜充气过程的流场特性.研究表明:在入口气流速度为50~90m/s,入口气流压力为1.0~1.4MPa条件下,柱状薄膜在充气初始阶段,两端会出现上下摆动的鼓包现象.通过分析柱状薄膜内部流场中的气流组织、涡量输运以及旋涡与激波相互作用,发现气流在充气口附近形成弧形激波,使流动发生偏转.偏转气流在充气口两侧形成旋涡,和激波相互作用形成局部超声速区.另一方面,对柱状薄膜应力分布的研究发现,充入气流造成柱状薄膜顶部与两端的局部应力集中,是影响稳定性与安全性的重要因素.不同入口气流压力与速度条件下柱状薄膜应力分布与摆动情况表明,入口气流压力的变化对安全性的影响相对重要,而入口气流速度对稳定性的影响更加显著.      

组合型气囊参数对缓冲特性的影响分析

为分析用于大载重回收任务的组合型气囊的参数对缓冲特性的影响,利用动力学方程和气体热力学基本方程建立了组合型气囊缓冲过程的动力学模型。以某大载重回收系统为算例,模拟气囊缓冲过程,研究了排气口尺寸、排气口开启时机、气囊初始充气压力和内囊高度对缓冲特性的影响。最后,针对排气口直径、主气囊初始充气压力和排气口开启时机3个参数提出改进方案,通过改进前后两组方案缓冲特性曲线对比验证所提出方案的有效性。研究结果可以为大载重回收用组合型气囊初期的参数设计及缓冲试验提供指导,从而减少试验次数、缩短开发周期。     

Z型翼变体飞机的纵向多体动力学特性

机翼变形时,变体飞机的翼面积、惯性特性、全机焦点和重心位置等均会发生较大的变化,从而引起飞机的动态特性也随之改变。为此对机翼变形过程中的Z型翼变体飞机进行了纵向多体动力学建模仿真;推导了变形过程中变体飞机的六自由度非线性动力学方程,并通过简化得到了解耦后的纵向动力学方程。机翼折叠动态过程的气动特性数值模拟结果表明,不同折叠角速度下飞机的气动力相差不大。在机翼折叠角速度较小且忽略非定常气动效应的情况下,采用气动力准定常假设对变形过程中不同机翼折叠角速度下变体飞机的纵向响应进行了数值仿真,并研究了重心位置移动和气动特性变化对飞机变形过程动态特性的影响规律。结果表明,折叠过程中气动特性的变化是影响飞机动态特性的主要因素,机翼折叠后飞机的速度和迎角增加,且飞行高度下降较大。     

阻力伞及气囊气动特性风洞试验技术研究

对阻力伞、气囊等柔性减速器进行了风洞试验研究。采用高速摄像清晰地记录了阻力伞在M=1．0条件下的开伞过程、气囊在M=6．0条件下充气过程的外形变化，准确地测得了气囊在M=6．0条件下充气过程的阻力时间历程，且气囊充气过程外形变化的时间历程与阻力时间历程相符。此外，对阻力伞高速风洞试验的堵塞度影响进行了研究。结果表明，通过研究，为柔性减速器的气动特性测试建立了新的试验技术。     

充气展开反射面天线动态特性试验研究

充气展开反射面天线的结构动力学参数,可用于预测天线在外界激励下的动态响应、调整空中姿态和振动主动控制等。采用试验模态方法对反射面天线进行试验研究,分析了充气展开后反射面天线在地面环境下的动态特性参数。通过增大力锤锤头面积和提高激励点局部刚度来激发柔性天线结构全局振动,分组移动和对称分布加速度传感器来减小测试系统的附加质量影响。结果表明:天线在充气环内压力15 kPa时的整体弯曲振动基频为2.86 Hz,同时获得天线整体振动的前三阶固有频率、模态阻尼比和模态振型等参数,测试结果可为有限元模型验证和在轨动态响应预报提供基础。     

可展开双Ω薄壳结构动态特性测试与分析

针对一种碳纤维复合材料双Ω薄壳结构中折叠展开变形以及局部损伤对动态特性的影响问题,基于Rayleigh方程,引入了纤维复合材料结构中铺层相关因子,讨论卷曲展开程度及薄壁结构局部损伤对结构动态特性的影响程度;建立了双Ω薄壳结构的动态测试系统,采用了单点激励多点响应的动态测试方法,得到了双Ω薄壳结构分别在展开、卷曲收拢和局部屈曲破坏后的一阶、二阶固有频率。测试结果验证了数值仿真结果的正确性,并表明卷曲后双Ω薄壳结构基频增大,局部屈曲破坏后的双Ω薄壳结构基频减小。     

变形飞机动态气动特性数值模拟研究

根据近年来国内外提出的折叠翼变形飞机方案,设计了一种折叠翼变形飞机的3D数模,利用作者发展的动态混合网格技术和非定常计算方法,对该折叠翼变形飞机机翼折叠和展开过程中的动态气动特性进行了数值模拟,并与准定常计算结果进行了对比分析.计算结果表明:机翼在展开/折叠的过程中,飞机的气动特性会发生剧烈变化,在变形飞行控制率设计时需要引起高度的重视.     

充气式减速技术试验器的设计和飞行试验

为验证充气再入与式减速技术的原理和返回工作程序,研制了基于多充气环结构的飞行试验器,介绍了试验器的设计方案、技术指标、飞行试验方案,并对试验器的核心装置——充气锥的设计进行了说明。开展飞行试验对部分关键技术进行验证,并对地面试验和演示验证飞行试验情况进行了总结。飞行试验结果表明,基于多充气环结构的充气式减速系统方案合理,折叠包装效率较高,与运载平台分离后快速充气展开,返回过程满足气动减速要求,着陆速度达到预期要求;柔性气动减速技术、刚柔耦合结构设计技术、多充气环结构加工制造技术、高效折叠包装及有序展开技术、快速充气技术、地面试验技术等关键技术得到了验证。     

热固性芳纶织物/环氧树脂支撑管动态特性分析

利用热固性树脂基体在玻璃态转变温度（T_g）前后表现不同的材料特性，制备了Kevlar29芳纶织物/E51环氧树脂基复合材料和三根充气展开支撑管。给出了芳纶织物增强环氧树脂支撑管制备工艺，其中基体温度采用电阻丝加热控制，管体固化形状采用聚酰亚胺薄膜内胆充气加压方法控制。研究了支撑的折叠和展开特性，当T>T_g时卷曲折叠并冷却定型用于储存，然后采用二次加热T>T_g和充气加压方法控制展开，最终支撑管形状回复率100%。采用模态分析讨论了温度、树脂含量、织物铺层厚度和充气内压等参数对悬臂状态下支撑管的固有频率影响规律。结果表明：随充气压力增加、树脂含量提高、织物铺层厚度增加、基体温度降低，芳纶织物增强环氧树脂支撑管的固有频率增大。采用曲线拟合方法获得固有频率随充气压力和温度的变化规律，结果可为充气展开支撑管设计提供参考。     

共性半环翼跨介质航行器变体气动特性研究

基于一种特殊的双层半环形闭合翼构型,利用流体仿真软件对该构型跨越水空介质后变体过程中的不同状态进行了仿真,并对其非定常气动特性进行了分析;比较了特定条件下非定常状态和定常状态的气动参数随折叠角的变化曲线,得到了机翼展开和回收至不同角度的压力和速度分布云图以及对应位置的压力分布曲线;研究了不同变体速率对机翼变体的非定常气动特性的影响,并提出了附加动力学影响、流场迟滞影响等物理效应来解释该构型的非定常气动特性的形成原理。仿真结果表明,机翼回收过程的气动参数大于定常状态,展开过程气动参数小于定常状态,变体速率越大,非定常效应越明显,产生这种差异的原因是来自于流场迟滞的影响。     

A technique for calculating rational design parameters of a sandwich shell with account of thermoforce loading

A technique of determining the rational design parameters for a heated sandwich cylindrical shell under the action of external pressure impulse is presented. The load-carrying capacity of the shell is analyzed based on the nonlinear theory of thin elastic shells. The design parameters are optimized using the methods for nonlinear programming.     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。     

不同环境因素对引压管腔动态特性影响

为了探索引压管腔在动态压力校准和使用中不同环境因素对动态特性的影响,推导了管腔传压模型和谐振频率关系式,确立了影响管腔动态特性的参数,包括静态压力、温度、气体介质等。采用引压管腔专用实验装置进行了不同环境参数状态的实验验证,结果表明:静态压力仅会影响管腔在谐振频率附近的输出,随着静态压力的增大而非线性增大,对动态特性并无明显改变;温度会改变管腔的谐振频率和动态特性,随着温度的升高,谐振频率增大但输出幅值随之减小;气体介质的不同会彻底改变管腔动态特性,主要取决于介质的声速。该研究为引压管腔在使用环境下数据的评价和数据修正上提供了一定参考依据。     

Dynamic Stability of a Cylindrical Shell under Alternating Axial External Pressure

The dynamic stability of a cylindrical shell reinforced by ribs under the action of external pressure and axial compressive force is investigated. The dependences of the main instability region for three laws of pressure distribution are investigated.     

外激振动条件下气体减压器工作稳定性仿真研究

为研究运载火箭增压系统中减压器在外激振动条件下的工作稳定性,在减压器模型中通过壳体位移坐标引入振动激励源,建立了可模拟减压器在外激振动条件下工作过程的计算模型,对外激随机振动条件下增压系统动态工作过程进行了仿真.针对仿真发现的减压器下游压力振荡的不稳定现象,对减压器下游不同管路尺寸和减压器不同参数下的系统工作过程进行了对比计算.计算结果显示:增大减压器下游管路尺寸，减小减压器阀芯组件质量与减小阀芯组件与壳体间滑动摩擦力,都可以使压力振荡过程减弱,有利于改善减压器在外激振动过程下的工作稳定性.计算结果为减压器及增压系统的设计和优化提供了参考.      

航空发动机全飞行包线稳态划分方法研究

航空发动机在鲁棒控制器设计过程中存在飞行包线区域难以系统划分的问题,为此,提出基于推力耗油率特性和基于动压耗油率特性的航空发动机飞行包线划分法。根据某型涡扇发动机在全包线范围内稳态工作时的推力、耗油率及动压特性,结合大气条件的客观规律,通过两种划分方法将飞行包线划分为65 个区域,用每个区域对应标称点的参数代替其周围小偏差区域和边界点参数。通过对该发动机全包线内各区域标称点与边界点参数的对比,证明两种方法均对全飞行包线划分有效,可为后续航空发动机控制器设计提供理论基础。     

An intelligent control method for a large multi-parameter environmental simulation cabin

The structure and characteristics of a large multi-parameter environmental simulation cabin are introduced.Due to the diffculties of control methods and the easily damaged characteristics,control systems for the large multi-parameter environmental simulation cabin are diffcult to be controlled quickly and accurately with a classical PID algorithm.Considering the dynamic state characteristics of the environmental simulation test chamber,a lumped parameter model of the control system is established to accurately control the multiple parameters of the environmental chamber and a fuzzy control algorithm combined with expert-PID decision is introduced into the temperature,pressure,and rotation speed control systems.Both simulations and experimental results have shown that compared with classical PID control,this fuzzy-expert control method can decrease overshoot as well as enhance the capacity of anti-dynamic disturbance with robustness.It can also resolve the contradiction between rapidity and small overshoot,and is suitable for application in a large multi-parameter environmental simulation cabin control system.