碰撞-振动系统动力学的研究进展

按碰撞时速度方向的不同将碰撞区分为正碰和斜碰两种,综述了正碰-振动机械系统动力学的一些最新研究成果和研究方法,特别归纳了斜碰撞研究的不同方法以及斜碰-振动系统动力学的研究现状,并提出了该领域一些可能获得结果的研究方向.     

弹性碰撞问题的接触时间分析

一般认为无侧向速度的正碰接触是瞬时的,而对具有侧向速度的斜碰撞接触时间则无定论.文中选取正碰和斜碰两种情况,理论求解了碰撞过程中的接触时间.其结论在一定程度上可以证明,斜碰撞的接触时间与宏观的碰撞-振动过程相比仍然非常微小,而且与摩擦有关,此时传统的碰撞关系不再适应.     

超高速碰撞碎片散布数值分析

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对低轨卫星与某空间物体的超高速碰撞问题进行了数值模拟。通过确立航天器轨道高低判定准则及判定方法,分析了碰撞角度、碰撞速度对碰撞碎片散布的影响情况。仿真结果表明,低轨卫星与空间物体碰撞产生的大部分空间碎片所处轨道高度位于原卫星轨道周围;碰撞碎片的散布情况与碰撞方式密切相关,相比于上升式碰撞,下压式碰撞产生的下降碎片个数较多,上升碎片个数较少;低轨卫星与空间物体碰撞产生的空间碎片总数与碰撞相对速度密切相关,碰撞相对速度越大,碎片数量越多;随着碰撞相对速度的增大,上升碎片、下降碎片及双曲碎片的个数逐渐增加;在不改变碰撞总动量数量级的条件下,改变空间物体的速度大小对空间碎片散布的影响并不明显。     

基于目视间隔条件下的碰撞风险分析

为研究目视间隔条件下进近过程中前后两飞机的碰撞风险问题,通过Reich碰撞模型和碰撞风险模型,引入目视误差作为影响因素之一,建立基于目视间隔条件下的风险评估模型.从纵向、横向、垂向三个维度分析前后两飞机碰撞的概率,求得目视条件下进近两机碰撞的概率,以此作为风险分析的结果.计算结果表明,利用模型计算出的碰撞风险符合国际民航组织规定的航空器空中碰撞概率规定值.故而可证明,目视间隔和目视进近可作为一种安全的空中交通管制运行模式缩小安全间距,提高空域利用率,增加飞行流量.     

基于Event的侧向碰撞风险改进模型

Event模型是一种基于长方体碰撞模板的碰撞风险评估模型,用该模型评估所得的碰撞风险概率过于保守。将碰撞模板改为圆柱体,建立了基于碰撞圆柱体的Event模型。在相同条件下运用Event模型和改进的Event模型对平行航路的侧向碰撞风险进行了评估计算,后者的碰撞风险是原Event模型碰撞风险的86.9％,仿真结果表明改进模型碰撞风险评估更精确,能够为中国平行航路的开辟进行安全评估计算提供理论依据。     

基于Event的垂直碰撞风险改进模型研究

空中交通流量的快速增长,导致空域资源紧张和大量航班延误。使用新航行技术缩小间隔标准可以有效地缓解上述问题。因此,对航路的碰撞风险进行评估具有重要意义。传统Event模型的碰撞模板是一个长方体模板,本文在前人研究的基础上提出了用椭球体代替长方体碰撞模板的思想,并对飞机穿越垂直间隔片的概率重新进行计算。结果表明,在相同条件下改进后的Event碰撞风险模型是原模型碰撞概率的53.38%,改进的碰撞风险评估模型更加精确合理。     

空域飞行侧向碰撞危险的REICH模型方法研究

对现行空域进行安全性评估时，需要对空域中碰撞危险次数进行量化（每飞行小时磁撞次数），并与一个可接受的安全目标等级进行比较，以判断空域的安全性。根据REICH碰撞模型的研究方法对飞机在一定间隔标准下碰撞的可能性进行了建模，从而为任何给定间隔标准下的安全性评估提供了一种有效方法。     

拦阻钩初次碰撞道面反弹动力学

分析了飞机着舰拦阻时,拦阻钩初次接触道面碰撞后被反弹的动力学成因,建立了飞机拦阻钩碰撞道面的弹跳模型。研究了下滑轨迹角和甲板角对拦阻钩碰撞反弹角速度和拦阻钩所受冲量的影响,并分别考虑了航母俯仰运动和甲板凸起物对拦阻钩碰撞反弹性能的影响。结果表明：轨迹角约4°时,拦阻钩反弹角速度和其所受冲量随下滑轨迹角呈线性变化;反弹角速度与甲板角的余弦成反比,道面冲量与甲板角余弦的平方成反比;航母向上的俯仰运动和甲板凸起物增大了拦阻钩反弹角速度,凸起物达到一定角度时,机身推拦阻钩的冲量变为拉拦阻钩的冲量。该模型的结果为机身和拦阻钩装置的设计提供了重要依据。     

空中加油对接过程的动力学建模与仿真

空中加油的成功与否主要依赖于加油锥套与受油插头的顺利对接,对对接过程中产生的动力学行为的研究是实现顺利对接的前提。利用多刚体系统动力学建立对接过程的动力学模型,求解出加油锥套与受油装置间的广义速度;并依据建立的接触动力学模型,得到局部接触点间的相对速度。基于非线性连续碰撞理论,提出对接过程中碰撞力的计算方法,并在机械系统动力学仿真软件ADAMS的环境下,构建加油锥套和受油装置的对接虚拟样机。通过对虚拟样机的动力学仿真,得到了对接过程中的碰撞力及速度响应曲线,同时,得出能够实现成功对接时各参数的具体范围。结果表明,制约对接成功的主要参数是初始相对速度、加油锥套的俯仰角和相对偏距。该研究对空中加油的对接和受油机的导航控制具有重要的意义。     

RVSM空域内垂直间隔的安全评估

为了缓解空中交通流量迅速增大造成的航班延误问题,我国已经在全国实施缩小垂直间隔（RVSM）的运行,对RVSM实施后的垂直间隔的安全性评估也被提上日程。结合Reich模型和概率论,对非洋区相邻高度层上的飞机的碰撞风险进行了研究。首先对Reich模型进行了改进,以适用于垂直间隔碰撞率的研究;然后对影响垂直方向碰撞率的决定因素进行了分析,其中对垂直方向重叠概率的研究,不同于国外的统计量的分析,是从机载测高设备的误差入手;最后用实例进行了仿真计算。结果说明我国缩小垂直间隔标准是安全可行的。     

在高速碰撞条件下应用的新合金

介绍了一种能在高速碰撞条件下工作的新合金。试验表明,该合金承受高速碰撞能力比以前应用的材料有较大提高,可广泛推广使用。     

超高速碰撞可见光谱辐射强度测量技术

针对航天器防护技术及超高速碰撞物理现象研究需要，为超高速碰撞靶研制了超高速碰撞光谱辐射强度测量系统。笔者对该系统的设计和应用该系统对半无限靶碰撞可见光谱辐射强度测量结果进行了介绍。结果表面：所研制的可见光谱辐射强度测量系统满足超高速碰撞可见光谱辐射强度测量要求，并具有成本低、使用方便和易于扩展功能等特点。     

民用飞机机身段适坠性数值仿真分析

在飞机紧急迫降过程中,首先要保证碰撞后乘客在客舱区域有足够的逃生空间,其次基于结构强度和撞击持续时间,要确保传递给乘客的加速度和冲击载荷必须降低到人体损伤容限以下。对飞机机身部分结构进行了有限元建模,模拟了其从4.27 m的高度开始坠落,产生9.14 m/s的垂直冲击速度,整个分析过程使用ABAQUS/Explicit计算完成。对机身碰撞后的整体变形展开研究,如机身选定位置的加速度时间历程以及关键结构部件的能量吸收历程,最后确定机身隔框对冲击过程中的能量吸收起着最重要的作用,其次为蒙皮和客舱地板梁。在机身结构的右侧(本文的方向为飞行员视角,与读者看到的方向左右相反)有货舱门和门框,由于机身结构的不对称性,造成左右两侧的速度和加速度不一致。     

飞机拦阻钩碰撞动力学和拦阻钩纵向阻尼器性能

 在考虑舰载机降落平台纵摇和横摇的基础上,建立了飞机拦阻钩六自由度碰撞反弹模型,得到了拦阻钩接触道面后反弹的动力学性能。分析了航母纵摇和横摇下拦阻钩碰撞反弹成因,并分别考虑了纵摇角和横摇角对拦阻钩反弹角速度及机身与道面给予拦阻钩碰撞冲量的影响;研究了拦阻钩碰撞后的反弹位移,在考虑拦阻索能顺利上钩的前提下,分析了拦阻钩纵向阻尼器的缓冲阻尼特性。结果表明：因航母横摇,碰撞后拦阻钩出现了左右的反转角速度及碰撞冲量;拦阻钩反弹后在自身重力作用下不能使拦阻索顺利上钩,在加入纵向阻尼器情况下,拦阻钩第1次反弹高度及回落时间均满足拦阻索上钩的条件。     

两柔性梁碰撞振动的非相似模态

研究以Hertz接触模型描述的两柔性梁的碰撞振动,通过坐标变换将系统投影到环面上分析其模态动力学问题,揭示碰撞模态呈现非相似性质。     

基于火箭橇的无人机碰撞民用飞机试验技术研究

无人机碰撞民用飞机关键部位损伤程度的研究是民航领域关注的新型热点问题。本文首次提出采用 火箭橇试验评估无人机碰撞民用飞机的安全性。通过对碰撞速度、碰撞位置、无人机姿态、参数测量等进行研 究,设计碰撞技术方案,论述火箭橇的设计、弹道控制设计、强度校核和测试方案,并进行试验验证和仿真计算。 结果表明:本文设计的火箭橇碰撞试验方案是可行的,实现了单一弹道上的连续多点碰撞及多视角、全覆盖、高 稳定的全过程记录;可为后续开展同类碰撞试验提供必要的技术参考,所开展的多发次碰撞试验也为无人机碰 撞民用飞机的安全性评估提供了有效的试验数据。     

Research on Feature Extraction of Remnant Particles of Aerospace Relays

The existence of remnant particles, which significantly reduce the reliability of relays, is a serious problem for aerospace relays. The traditional method for detecting remnant particles—particle impact noise detection (PIND)—can be used merely to detect the existence of the particle; it is not able to provide any information about the particles’ material. However, information on the material of the particles is very helpful for analyzing the causes of remnants. By analyzing the output acoustic signals from a PIND tester, this paper proposes three feature extraction methods: unit energy average pulse durative time, shape parameter of signal power spectral density (PSD), and pulse linear predictive coding coefficient sequence. These methods allow identified remnants to be classified into four categories based on their material. Furthermore, we prove the validity of this new method by processing PIND signals from actual tests.     

N型防护结构的试验与仿真研究

在不增加空间碎片防护结构整体尺寸和质量的情况下,基于防护结构在斜撞击条件下弹道极限高于正撞击条件下弹道极限的特性,研究了一种将3层平行铝板结构的中间层进行倾斜的N 型防护结构,采用超高速碰撞试验和三维SP H 数值仿真方法,定量对比了N型防护结构与相同面密度3层平行铝板结构的防护性能。研究结果初步证实,在正撞击情况下,倾斜的中间层具有提升结构防护性能的作用。     

交叉航路碰撞风险研究

航路上航班的碰撞风险问题是目前空域规划的主要研究问题之一,就交叉航线的碰撞风险问题进行了研究.首先推导出交叉航路碰撞概率计算公式,然后结合概率论和划设保护区的方法对交叉航线的碰撞风险问题进行了研究,最后用自主开发的"空域安全评估方法的研究与应用"软件对上海区域内的某交叉航线的碰撞风险进行了仿真计算.为交叉航路的碰撞风险计算提供了简单易行的方法.