飞机结构件轮廓特征加工自动分区算法

作为飞机结构件重要组成部分,轮廓特征包含大量复杂曲面,且与工艺凸台等干涉物相连接,使得轮廓特征编程需综合考虑复杂曲面及干涉物信息,在自动编程模式下,轮廓特征编程仍严重依赖人工经验,其编程周期占结构件编程周期的40%以上,严重影响了结构件编程效率。针对该问题,提出了一种综合考虑复杂曲面及干涉物信息的轮廓特征加工自动分区方法,基于相邻轮廓面连接边属性及凸边约束原则对轮廓面进行初分区,依据干涉物信息构建虚拟边界,并基于虚拟边界对轮廓面初分区结果进行横向和纵向加工区域划分,通过对划分区域进行合并得到轮廓特征加工分区结果。根据提出的方法开发了飞机结构件轮廓特征加工自动分区系统,经过多项典型飞机结构件测试,该方法稳定可靠,可为轮廓特征加工程序编制提供支撑。     

CFD在概念-初步设计阶段三维气动外形优化中的应用

在飞行器概念-初步设计阶段,建立基于CFD的气动优化链对于提高优化计算的效率具有较好的工程应用价值。使用德国宇航院开发的CPACS数据格式给出飞行器平面形状,结合NURBS翼型参数化方法对飞行器几何外形进行参数化;自动生成计算网格并求解Euler方程数值模拟流场以评估参数化气动外形的气动特性,进而构建响应面模型;使用SQP梯度算法搜索响应面模型以获取满足约束的最优解。以Onera M6机翼为例,对该优化链进行验证。结果表明:在满足约束的条件下,基于CFD的气动优化链能够成功地进行气动外形优化。     

利用反求工程造型技术设计成形阴极

通过反求工程建模实例,阐述了基于电解加工成形规律进行成形阴极设计的方法。本方法不但缩短了复杂型面成型阴极的设计时间,还能为以后阴极形状的修改提供便利。     

凸曲面的离散求交算法及其在飞机设计上的应用

构建精确的目标外形是飞机设计的必要条件。本文给出了凸曲面离散求交的算法，在飞机设计中采用此方法，能够得到机身机翼交线的准确位置。     

满足约束的Gn连续过渡曲面的构造

在Erich Hartmann提出的由两基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面方法的基础上，针对该方法存在很难找到合适的参数变换的问题，提出了一种基于基曲面局部区域重新参数化构造G^n连续过渡曲面的方法。通过对基曲面上切触线附近区域部分曲面重新参数化，再由重新参数化局部基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面。这样将两基曲面间构造过渡曲面的问题转化为在重新参数化局部基曲面间构造过渡曲面。以构造G^1连续的翼身融合面为例，讨论了满足约束要求条件时G^2连续过渡面的构造方法。即先对基曲面上过渡切触线附近的局部区域进行重新参数化，后通过优化求解来确定比例因子和偏移量、平衡因子和调配因子，使过渡曲面满足前后边条线约束，最后利用线性组合来构造G^2连续的过渡面。约束过渡曲面的形状可通过改变重新参数化基曲面的大小来调整．     

整体壁板数字化展开建模方法

针对整体壁板零件数字化制造过程中对展开模型的需求,提出了一种整体壁板展开建模流程,针对曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板零件,运用基于单元等变形的复杂曲面展开方法和基于单元变形能的复杂曲面展开方法对曲面展开,并以型号整体壁板零件为例,分别验证了运用两种曲面展开方法展开外形面及所创建板坯模型的效率和准确性.结果表明,基于单元等变形的复杂曲面展开方法适用于曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板展开计算,展开的外形面及以此为基础建立的板坯模型形状尺寸准确,效率明显提高.     

基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法

在多岛屿特征机匣类零件的数控加工中,建立准确的加工工序模型是实现该类零件智能加工的关键技术。为了获得多岛屿特征机匣类零件准确的加工工序模型,提出了一种基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法。首先,根据多岛屿特征机匣类零件的加工特征对建模过程中虚拟控制面约束的引入进行了分析,并结合虚拟控制面约束思想给出了拉格朗日超限插值的建模理论;然后,结合机匣类零件的几何特征确定了虚拟控制面的分布位置和几何形状的计算方法,在此基础上根据虚拟控制面建模理论构造了中间变形曲面,依据切削深度约束确定了工序模型,并对其进行了轨迹规划;最后,在一类多岛屿特征的机匣零件上对算法进行了验证,结果表明,本文方法能够根据机匣零件加工特征分布情况有效地控制工序模型的几何形状,避免了同时处理多个加工特征所导致的工序曲面过早趋于复杂现象,为多岛屿特征机匣类零件的数控加工提供有效的工序模型,一定程度上降低了该类零件数控加工的工艺规划难度。     

基于CATIA二次开发的飞翼外形参数化建模

如何快速地生成飞机三维外形模型是飞机总体设计中的一个重要问题。本文以飞翼布局飞机作为研究对象,研究了一种飞翼外形参数化数学模型,包括总体轮廓参数化模型、剖面形状参数化模型和过渡面参数化模型。基于该模型,应用CATIA二次开发技术,编制了能自动生成飞翼三维外形的CAD模型程序。应用算例表明,本文提出的参数化数学模型和所开发的程序能快速生成各种不同的飞翼三维外形模型。     

基于代理模型的飞翼多目标气动优化设计

针对飞翼布局飞行器,采用雷诺平均N-S方程（ RANS）计算流场,使用基于代理模型的多目标优化方法进行了同时考虑起飞性能和巡航性能的多点多目标气动优化设计。在设计过程中,将飞翼的平面形状、剖面形状及扭转角同时作为设计变量（共58个设计变量）,将提高起飞时的升力系数和提高巡航升阻比为设计目标,以起飞状态和巡航状态的力矩系数作为气动约束,并以飞翼平面面积不减和剖面厚度不减作为几何约束。通过采用基于Kriging模型的多目标优化方法,以较小的计算花费得到了较好的Perato前沿。取Pareto前沿中一个最优解与基准外形的性能进行了对比,结果显示,优化外形的性能较基准外形的气动性能得到全面大幅提高且所有约束得到严格满足。     

复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法

加工特征是实现复杂结构件高效、高质量数控编程的有效手段,但是同一类加工特征只是几何形状和加工工艺相似,并不完全相同。如何适应不同的企业资源与工艺水平、不同类型的复杂结构件进行加工特征定义是基于加工特征进行自动数控编程的一个难题。针对以上难题,本文提出了一种复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法,基于全息属性面边图表达加工特征几何信息,给出了具有一定柔性的加工特征几何信息定义方法,基于语义与规则建立加工特征工艺信息及其与几何信息之间的关联关系,实现了由用户根据企业的制造资源、零件结构和工艺人员的编程习惯等因素自定义加工特征。根据本文提出的方法开发了飞机复杂结构件加工特征用户自定义及自动编程系统,已成功应用于国内某大型航空制造企业的飞机结构件数控编程,经过多项飞机结构件测试,本文提出的方法特征识别正确率平均达到97%。     

逆向工程中曲面重构算法研究与实现

给出了基于坐标测量机测得的海量数据重新构造样板物体的数字化表面模型的算法流程。该算法首先利用部分测量数据构造张量积的B样条网格曲面,通过确定适当的检查点,并计算检查点到所构造的B样条网格曲面间的距离,从而控制重构曲面的构造精度。讨论了与文中算法相关的空间点到NURBS曲面间的距离计算等问题。给出了1个工程应用实例,表明该算法稳定可靠、效率较高。     

大型不规则椭球回转面的曲面重构与仿真加工

提出了大型不规则椭球回转面的一种新的曲面重构与仿真加工方法。基于GeomagicStudio软件,处理大型不规则椭球回转面的采集数据点云,重构了实测曲面的等距面模型;采用Pro/E对实测曲面的等距面模型进行等距操作,生成实测曲面模型;利用GeomagicQualify软件对实测曲面的等距面模型相对于原始数据点云,以及实测曲面模型相对于理论曲面模型进行误差分析;最后利用Pro/NC模块对实测曲面模型进行数控编程和仿真加工。研究结果表明,该方法提高了大型不规则椭球回转面的曲面重构精度,生成的标准数控加工程序具有可移植性,解决了原加工方法对专用设备的依赖。     

BP神经网络在三次有理B样条曲面近似等距面中的应用研究

利用改进的BP神经网络构造三次有理B样条曲面等距面。训练成功后的神经网络可作为描述自由曲面的模型,利用它能够产生任何需要的点。实际证明,该方法简单、有效。     

DO 28非线性多点模型的建立及其参数估计

 本文建立了DO 28试验机的非线性六自由度多点数学模型。该模型考虑了飞机运动的高度非线性,螺旋桨、机翼、尾翼空气动力特性,改进的推力计算,风场干扰以及飞行试验数据一致性检验和校正。与一点模型相比,该模型能更准确地描述飞机的运动,更适合飞机的参数估计。     

基于Cantor集理论粗糙表面刹车副温度场研究

 为保证飞机着陆安全,避免热衰退现象影响制动性能,研究了飞机刹车副表面粗糙度对温度场的影响。将Cantor集理论应用到接触形貌分析中,按照体守恒原理建立刹车副粗糙表面接触模型,考虑其对刹车副材料热物理性能的影响,建立极坐标下刹车副温度场有限元模型。用ANSYS对其进行仿真分析。仿真结果更接近刹车副经验温度,证明了所建立的刹车副温度场模型合理、可行,为刹车副温度场分析、计算和研究提供了理论支持。     

通用飞机梯形机翼的富勒襟翼滑轨轨迹研究

襟翼滑轨轨迹控制着襟翼的运动轨迹,决定着其几何特性,是飞机襟翼操纵系统滑轨机构工程设计的重要输入因素.提出一种设计襟翼滑轨轨迹的新方法,该方法对梯形机翼的富勒式襟翼运动进行简化,根据襟翼的运动规律,将其运动简化为近似绕翼尖外空间一点作圆锥曲面运动,并结合CATIA V5的模拟分析,最终设计出满足要求的襟翼滑轨轨迹.运12F飞机的工程应用实践表明,该方法对通用飞机的设计具有较高的实用价值.     

Design of Flight Control System for a Small Unmanned Tilt Rotor Aircraft

A tilt rotor is an aircraft of a special kind, which possesses the characteristics of a helicopter and a fixed-wing airplane. However, there are a great number of important technical problems waiting for settlements. Of them, the flight control system might be a critical one. This article presents the progresses of the research work on the design of flight control system at Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA). The flight control law of the tilt rotor aircraft is designed with the help of an inner/outer loop control structure and an eigenstructure assignment algorithm on the basis of a proper mathematical model already verified by the wind tunnel tests. The proposed control law has been born out through the construction of the flight control system and the flight tests. Now, the flight tests are still underway on a prototype of small unmanned tilt rotor aircraft. The results have evidenced the credibility of the aircraft design and the effectiveness of the flight control system for the tilt rotor working in the helicopter mode. A full envelope flight test is planned to carry out further researches on the flight control law.     

翼身融合布局客机总体参数分析与优化

在翼身融合布局客机总体设计阶段，为评估设计方案的总体性能，建立了翼身融合布局客机总体参数综合分析与优化平台，该平台以翼身融合布局客机的几何参数为输入，完成动力、几何、重量、气动、性能和经济性等模块分析，并以此为基础建立优化设计模型。为快速评估设计方案的性能及优化设计效果，动力分析模块采用了部件级分析模型，重量分析模块采用半经验估算方法，气动分析模块采用面元法结合工程估算方法，性能分析模块采用简化运动学方法，优化模型采用可并行计算的子集模拟优化算法。以某555座级翼身融合布局客机方案为例，应用开发的分析与优化平台，完成了总体参数分析，结果表明分析模型合理。在此方案的基础上，以客机的外形参数和发动机海平面最大推力为设计变量，分别建立了以最大起飞重量最小为目标的单目标优化，以及同时以直接使用成本和进场速度最小为目标的多目标优化，单目标优化结果最大起飞重量降低了约7.17%，多目标优化结果表明直接使用成本降低8.77%的同时进场速度会增加3.32%。     

基于自适应滑模观测器的航空发动机故障诊断

为解决现有航空发动机基于模型的在线故障诊断方法存在对模型精度要求高等的问题,利用滑模方法设计一种自适应滑模观测器对航空发动机进行在线故障重构、诊断与隔离。对传感器故障和执行机构故障分别设计了重构算法,针对两者重构故障的特点提出了判断逻辑,讨论了设计参数对于观测效果与抖振的影响。 Matlab/Simulink仿真结果显示,重构的故障与实际故障基本吻合,对故障的诊断、隔离、定位具有良好效果,并对环境不确定性具有优良的鲁棒性。