点阵结构工艺参数对透波平板电磁波谱的影响

文摘为研究点阵结构工艺参数对透波平板电磁波谱的影响,基于体心立方结构(BCC)点阵基本构型,建立透波平板仿真模型,运用CST仿真软件分别从孔隙率、蒙皮厚度、胞元尺寸、入射角度4方面探究不同结构工艺参数对透波平板共振频率及透射率的影响。并运用选区激光烧结(SLS)制备点阵透波平板结构,用于2～18 GHz透射率对比测试。结果表明,仿真数据与实验结果高度一致;透波平板共振频率随孔隙率增大,第一频率点向低频偏移,第二频率点向高频偏移;随着蒙皮厚度的增加,透射率降低;胞元尺寸与蒙皮厚度决定透射谱的通带共振频率,孔隙率影响较小;入射角增大时,水平极化入射波透射率均大于75%,影响较小;竖直极化入射波透射率在高频处逐渐降低。     

介质材料对频率选择表面传输特性的影响

通过理论计算和实验验证分析了介质材料对频率选择表面传输特性的影响规律,讨论了蒙皮的厚度、介电常数,芯层厚度、介电常数四个因素对FSS的通带位置、宽度、损耗的影响。结果表明,蒙皮和芯层厚度增厚会使通带位置向低频移动,厚度减小通带位置向高频移动;蒙皮和芯层介电增大会使通带位置向低频移动,介电减小通带位置向高频移动。并测试了同样结构的FSS平板传输特性,理论分析和实验结果一致性较好。     

铺层区域划分对大展弦比机翼静气动弹性影响

为了研究铺层区域变量对大展弦比机翼静气动弹性的影响，本文在考虑几何非线性影响下，依据有限元分析，研究了外翼段铺层区域的划分以及90°铺层角度的个数对大展弦比机翼静气动弹性特性的影响。结果表明，0°、±45°、90°混合铺层的铺设效果优于只有0°、±45°铺层的区域；机翼变形情况随着外翼段铺层区域的增大而减小，且减小斜率逐步增大；外翼段铺层区域固定时，增加90°铺层角度个数会有效减小机翼变形，且机翼变形情况与增加的个数基本呈现负相关关系，其个数在铺层设计中可能存在一个最佳取值或最优占比。     

MNZ材料在蜂窝吸波结构中的应用

针对传统蜂窝吸波材料在低频段吸波效果差的特点,设计了一种蜂窝内壁加载回字形导线的复合吸波结构。这种回形线组合成的二维阵列本身是一种磁导率近零的频率选择表面。采用的蜂窝吸波结构高度为30 mm,吸波涂层厚度0.024 2 mm。仿真结果表明,加载回形线的复合吸波结构相较原蜂窝,在0.4~2 GHz内出现吸收峰,<-10 dB带宽增加10%~50%,并且在入射角0°~60°内具有良好的吸波稳定性。可通过调节回形线的几何参数与材料方阻,实现吸低频收峰位置与带宽的调控。     

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式，合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构，研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计，解决了铺放复杂曲面满覆盖问题；总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则，选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造，并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱；采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放；采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%，整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。     

电路模拟吸波材料带宽拓展方法探索

电路模拟吸波材料有一定的频率选择特性,电磁波有效损耗的带宽通常比较窄,通过多层电路屏、掺杂电损耗介质、磁损耗介质层组合、磁电损耗组合的方法,对电路模拟结构吸波材料在2~18GHz区间电磁损耗带宽的拓展进行了初步探索。结果证明:四种方法都能够提高电路模拟吸波材料的有效吸波带宽,并能够不同程度地提高材料的吸波效率。多层电路屏、掺杂电损耗介质的多层电路屏、组合磁损耗介质层的多层电路屏、组合磁损耗介质层和电损耗介质的多层电路屏,其反射率≤-5dB的带宽较单层电路屏的1.2GHz分别增加了6.4、10.6、9.6、10.6GHz,最小反射率分别达到-8、-10、-12、-25dB。     

安装角对压气机叶栅气动噪声特性的影响

 基于大涡模拟(LES)和边界元方法对轴流压气机叶栅湍流流场以及流场诱导的噪声进行计算,在不同叶栅安装角下研究来流攻角和来流雷诺数对叶栅气动噪声产生、辐射的影响。研究表明:来流雷诺数不变时,同一安装角下,随着来流攻角从-5°~20°变化,叶栅监测曲线上的声压级先减小后增大,在0°来流攻角下声压级达到最小。安装角为45°时,外场总声压级随来流攻角的分布与30°安装角变化趋势相近。但安装角为60°时,总声压级的变化则明显变缓。在0°来流攻角下,总声压级比安装角为30°和45°时增加了近6 dB,但在其他正来流攻角下,变化并不明显。叶栅的最小声压值出现在弦线方向附近,安装角改变时,最小声压级出现的位置也不同。安装角不变,随着来流雷诺数的增大,叶栅表面的分离减小,损失降低。但叶栅表面的压力脉动随着来流雷诺数的增大而增大,使外场辐射噪声增加。     

昆虫级褶皱翼型的滑翔气动特性

为了研究褶皱翼型上、下表面分别对气动力的影响,在弦长雷诺数为1200,攻角为0°~20°时,采用有限体积法研究了褶皱翼型、光滑翼型、上表面光滑的褶皱翼型和下表面光滑的褶皱翼型的滑翔气动特性.结果表明:在一定攻角范围内,褶皱翼型的升力系数较光滑翼型提高了10%;只要翼型下表面是褶皱的,产生的升力总大于下表面是光滑的,下表面褶皱对升力的提高具有更大作用;在大攻角下,光滑的上表面更有利于提高升力;在任何攻角时,上、下表面褶皱对阻力影响很小.      

复合材料锥壳0°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法：根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片，按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元，多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层；并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造，提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量，降低装备制造成本。     

双层梯度蜂窝吸波结构优化设计

设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构，并利用Hashin-Shtrikman（HS）模型获得其等效电磁参数。在此基础上，以反射率低于-10dB带宽最大为优化目标，利用保收敛粒子群优化算法（Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization，GCPSO）对四种不同排序方案的双层梯度蜂窝吸波结构进行优化设计。结果表明，入射电磁波的角度和极化方式以及吸波材料的选择、排序和厚度对双层梯度蜂窝结构的吸波性能有很大的影响；不同入射角度下TM极化时的吸波特性明显优于TE极化，在入射角为60^°时最为明显；对比四种方案优化结果显示，case 1方案由于选用损耗角较小的吸波材料充当透波层，分布于蒙皮下面，而选用损耗角较大的吸波材料作吸收层，并置于吸波结构底层，因而具有最大的优化目标函数，吸波效果最佳，且蜂窝高度仅为具有相同吸波效果的case 3方案的49.44%。因此，选择case 1方案作为本文最终优化结果。     

褶皱位置对蜻蜓滑翔翼气动性能的影响

改变昆虫翅膀的褶皱结构可以优化翼型的气动性能,有利于微型飞行器的气动设计。以蜻蜓翼作为参考,采用计算流体力学（CFD）的方法计算了攻角范围为0°~20°,雷诺数范围为700~2300时褶皱位于前缘、尾缘和中部位置时三种翼型的滑翔气动性能。结果表明:在不同攻角和雷诺数下,褶皱位于尾缘的翼型具有最大的升力系数和升阻比,滑翔气动性能最优;当雷诺数为1500,攻角为10°时,褶皱位于尾缘的翼型时均升力系数分别比位于前缘和中部的翼型提高了58%和82%,升阻比分别提高了49%和33%;这是由于尾缘褶皱中的涡起到了延缓前缘涡脱落的作用,使前缘涡更为集中,更贴近壁面。      

纵-扭复合超声钻削TC4钛合金振动系统设计与试验

螺旋沟槽变幅杆能够实现超声振动模式的转换，对单激励纵-扭复合振动的实现具有结构简单和操作可行的优点。基于弹性波场论对超声波在复合变幅杆中发生模式转换的原因及振动特性进行分析，并从超声波的入射角入手，分析入射角对振动模态的影响。在圆锥复合变幅杆的圆锥段开设螺旋沟槽，建立三维模型，并进行有限元仿真和试验验证，结果表明超声波入射角的改变对纵-扭复合变幅杆的扭-纵比影响显著。当入射角为46.5°和67.2°时，在变幅杆的输出端纵振模态和扭振模态发生明显的变化，实测的扭-纵比前者较后者提高约5.1倍。通过普通钻削与超声钻削实验对比，在不同的入射角条件下，超声钻削的平均钻削力均低于普通钻削力。与入射角为67.2°时对比，当入射角为46.5°时，平均钻削力降低约46%，并提高了制孔的质量，从而为模态转换的纵-扭复合变幅杆设计提供一定的理论依据。     

三角翼低速动态大攻角气动特性试验研究

对后掠角分别为X=60°、70°和80°尖前缘平板三角翼模型和一个前缘后掠角为（76° 40°）的双三角翼模型在低速风洞中作大攻角俯仰摩波运动，振幅am=30°、60°和90°，缩减频率K=0.01～0.12，基于根弦长雷诺数Re=2.76×10^5～8.23×10^5。进行了六分量动态气动载荷测量，动态流动显示和70°三角翼上翼面非定常压力测量，并分别与对应的静态试验结果比较。分析了运动参数包括缩减频率、振幅和Re数、后掠角对气流动态迟滞特性的影响。     

大攻角下矩形变圆形截面的S形进气道的内流特性

本文给出了0～85°,特别是30～85°攻角下横截面形状由矩形过渡到圆形的S形进气扩压管道在自由射流吹风条件下抽气实验的结果。研究结果表明,随着进气攻角α增大,出口处总压损失系数η_σ,旋流系数SC_(60)增大,流量φ则不断减小;总压畸变指数DC_(60)的变化比较复杂,在0～60°攻角范围内,随攻角的增大而增加,在70°左右畸变指数值反而下降,然后在大攻角条件下畸变指数再度增加。因此在亚音速大攻角下考虑进气道与发动机相容性问题时,只考虑压力畸变是不够的,必须考虑影响发动机工作的旋流因索。本实验研究为高机动飞机进气道之设计及其性能之改进提供了参考依据。     

V形前缘对激波入射边界层流动影响的数值模拟与分析

为指导V形溢流唇口下游的进气道内部流动分析，采用数值模拟开展V形尖前缘对二维斜激波入射平板边界层流动的影响研究。以气流偏转角6°的二元楔面为基准激波发生器，设计了展向气流收缩角α(0°~60°, 0°对应二元构型)的V形前缘构型，开展对比研究。结果表明，V形前缘构型使得激波入射位置沿展向不均匀、流动具有明显三维特征，并且干扰区壁面压强上升、分离区尺度明显增大。在α=0°~60°范围内，干扰区流动的不均匀程度、分离区尺度随α增大单调增加。进一步分析表明，V形前缘构型干扰具有中间平直、侧边斜掠的耦合入射特性，体现为对称面壁面压强符合自由干扰理论，侧边斜掠入射区参数符合斜掠干扰的锥形流特征。对比二元与α=45°构型的无粘模拟结果，V形前缘会诱导展向两侧对称的斜掠激波、并在对称面相互干扰产生平直的“桥”激波，这使得激波入射位置沿展向不均匀并偏向下游。其中对称面处平直入射激波压升比(2.49)高于二元构型结果(2.24)，侧边斜掠激波强度与二元构型基本一致。这些因素综合导致V形前缘构型的分离尺度增大。     

铺层复合材料风扇叶片榫头层间应力分析

采用有限元方法对复合材料风扇叶片榫头在拉伸及拉弯耦合工况下的层间应力特点进行研究。根据榫头结构特点,完成了榫头的铺层设计;基于FiberSIM-ACP软件平台,建立了复合材料风扇叶片榫头有限元分析流程,确定了一种满足层间应力分析精度要求的榫头有限元模型,通过与试验结果对比,证实了该有限元模型的有效性。计算结果表明:拉伸工况下层间正应力S33的高应力区位于叶身开始向叶根过渡的变厚度位置,该位置处靠近压力面的14层铺层承受拉伸应力;切应力S13及S23的高应力区在同一区域,切应力大小与铺层角度息息相关,0°铺层承受较大的切应力S13,±45°铺层同时承受较大的切应力S13和S23。增加弯曲载荷后S33的高应力区向榫头上端延伸,承受拉应力的铺层数量增加;切应力的高应力区靠近榫头承力面,高应力区铺层数量增加。     

平面埋入式进气道的电磁散射特性

 对一种平面埋入式进气道在Ku波段选择入射频率15 GHz情况下进行了电磁散射特性的实验和仿真研究,取得了平面埋入式进气道雷达散射截面（RCS）随方位角、迎角和终端的变化规律。研究结果表明: (1)平面埋入式进气道布局的导弹模型在水平极化终端为风扇时±60°RCS均值为-27.42 dBsm,垂直极化为-28.50 dBsm是一种隐身方案;(2)迎角变化对埋入式进气道RCS的影响不大,在-5°~10°的迎角范围内RCS均值的变化不大于4 dB;(3)运用时域有限差分法(FDTD)计算所得的RCS随方位角变化曲线与实验曲线趋势基本一致,±60°均值误差在1 dB左右。     

含孔复合材料圆柱壳冲击破坏试验与有限元分析

 为了揭示轴向压缩载荷与径向冲击载荷共同作用下复合材料壳体开孔处裂纹的产生机理,开展了含圆孔复合材料圆柱壳冲击试验,并对冲击试验进行了有限元仿真分析。提出复杂冲击载荷作用下的动态响应分析方法,运用LS-DYNA对冲击载荷作用下含圆孔复合材料圆柱壳动态响应过程进行了模拟,采用含刚度退化的Chang-Chang失效准则预测复合材料圆柱壳破坏过程,得到的冲击加速度响应曲线及破坏区域与试验结果一致,验证了本文方法的正确性。对有限元模型进行动力学及静力学破坏分析,结果表明,径向冲击引起的环向拉应力是圆孔边缘破坏区域90°铺层纤维断裂与基体开裂的主要原因,而拉应力只引起0°铺层基体开裂。由破坏起始分析可知,将复合材料圆柱壳90°铺层含量由20%提高至50%,可使结构承载能力增加56%。     

S弯喷管喷流噪声特性研究

为了研究S弯喷管亚声速喷流的噪声特性,采用大涡模拟结合FW-H方程方法,通过数值模拟得到轴对称喷管和S弯喷管的流场及远场噪声。结果表明：S弯喷管的S形弯曲及圆转方构型导致了主流流向变化和横向压力梯度,S弯喷管出口截面角区及下方中心线附近均有不同尺度的旋涡分布,通过加强掺混减弱喷流与大气之间的剪切,使得S弯喷管噪声源尺度小于轴对称喷管。S弯喷管将St=0.08~0.2的噪声转移到St=0.2~0.3,在喷流下游10°~50°,S弯喷管相比于轴对称喷管噪声总声压级减小了6~8dB,在20°接收点处降噪效果最佳,相比于轴对称喷管减小了约8dB。在喷流上游S弯喷管降噪效果减弱,仅减小了2~4dB。在下游10°~80°处,S弯喷管水平探测面噪声总声压级比垂直探测面高2~3dB,在喷流上游二者差异较小。     

定向破坏复合材料层合壳体结构铺层的分析与设计

以复合材料层合板为基本材料设计了一种结构新颖的定向破坏复合材料层合壳体结构,在导弹与

该壳体结构的初始接触区域预制缺陷区,导弹发射时以四瓣形式开裂,大幅度提高了导弹的发射效率。利用ANSYS

有限元模拟分析软件,通过强度分析确定了最佳铺层设计方案,单层板厚度为0.2 mm,采用基体本身加强预

置缺陷区的[0°/90°/ ±45°]2S 铺层方式。该种铺层方式的爆破载荷为0.21 MPa,最小顶破载荷为1 kN,完全能够

满足其在工作环境下既能承受一定的压力不漏气又能在较小的顶破载荷下自行破裂的设计要求。