平流层飞艇蒙皮材料织物纤维拔出过程分析

平流层飞艇高度以及昼夜温差改变,都将引起飞艇内外压差有很大的变化.飞艇蒙皮承力层纱线拔出是其撕裂现象的细观过程,对飞艇耐压能力有着重要的影响.对某平流层飞艇蒙皮材料织物层进行细观力学建模,通过研究纱线拔出过程力的变化,并与试验结果对比,指出整个拔出过程可以分为近似线性增长阶段和振荡阶段,两阶段过渡点纱线拔出力的大小对于蒙皮材料撕裂扩展性能有着重要意义.同时,平流层紫外和臭氧等复杂环境,通过对织物纱线表面老化,降低其表面性能,从而使得最大拔出力减小,飞艇耐压能力降低.     

考虑风场条件的一类平流层飞艇返回过程建模与航迹规划研究

对一类气囊内外压差恒定的平流层软式飞艇,在考虑大气密度、温度变化以及大气风场的基础上,建立了飞艇三维空间运动的动力学模型;并针对能量消耗最少和航行时间最短两个指标函数,利用高斯伪谱法设计了飞艇从平流层返回地面的航迹,并对飞艇飞行高度、速度以及推力等状态变化进行分析研究.     

热载荷蜂窝夹层板作用下固有频率预测与分析

针对热载荷作用下蜂窝夹层板固有频率变化的问题,分析了蜂窝夹层板在热载荷作用下的应力分布及固有频率,并根据应力分布预测了夹层板的固有频率变化,与仿真得到的频率变化一致。仿真结果表明:碳纤维蒙皮蜂窝夹层板在热载荷作用下的固有频率基本不变,且约束形式对频率变化的影响很小;铝合金蒙皮蜂窝夹层板在热载荷作用下时,约束形式对频率变化影响很大,当约束较少时频率基本保持不变,当约束较多时将引起结构固有频率大幅下降。     

曲率连续造型方法对激波噪声的影响机理

激波噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要来源。为降低风扇/压气机叶片叶尖产生的激波噪声，对轴向亚音、相对超音的基元级叶型前缘脱体激波系进行研究。基于几何Hermit差值法（GHI）思想，提出一种3段式贝塞尔（Bezier）曲线构造曲率连续前缘叶型的方法，在完成改型设计时拥有更高的自由度。通过改变前缘上3段Bezier曲线间过渡点位置，探究局部曲率优化、整体曲率优化及带厚度补偿的改型方式对前缘处外伸激波强度和激波噪声的影响。通过对比研究不同数值模拟，结果表明：曲率连续前缘设计能减小叶型前缘处过膨胀区大小，减小由此产生的逆压梯度；局部曲率优化和整体曲率优化的方式能够分别在距前缘1倍弦长处降低噪声1.6 dB和4.6 dB。     

径向变体飞艇总体参数估算方法

为突破临近空间可操纵浮空器的关键技术难点,使可操纵浮空器往返地面至临近空间成为可能,提出了一种径向变体飞艇的总体参数估算方法,该方法基于阿基米德浮力定律和李式变体飞艇原理(Li-Style Transformable Airship Theory),通过艇体结构的径向变形来实现艇体截面积的自适与可控变化,控制飞艇容积变化以改变净升力大小,并使飞艇在容积变化中始终保持可操纵的气动外形,从而实现飞艇的升、降与驻空和飞行等控制.通过设计变形方案估算内气囊与外气囊尺寸,分析力学平衡与能源平衡估算飞艇长度.在拟定设计参数的基础上,给出了一种太阳能径向变体飞艇的总体设计方案,并通过设计实例验证了此方法的可行性与实用性.     

座舱瞬态热载荷的计算与仿真

以我国新一代战斗机的研制为背景,提出了高精度的飞机座舱瞬态热载荷的计算与仿真方法.与传统的计算方法相比,通过联解传导-辐射-对流耦合的控制方程以求出蒙皮温度、座舱各壁面温度,同时考虑了透过舱盖、风挡等透明体的太阳辐射对舱内驾驶员、座椅及仪表盘这类内表面温度和舱内空气温度的影响.通过将座舱内外壁面和舱内空气作为一体联解方程组后,结合某飞行剖面求解了飞机座舱实时瞬态热载荷,并比较了采用本方法与传统方法对计算精度的影响.      

局部配置法求解TBC界面裂纹应力强度因子研究

主要探讨了应用局部配置法求解拉伸载荷下和热载荷下陶瓷隔热涂层界面裂纹的应力强度因子的方法.对于陶瓷隔热涂层,其陶瓷层与粘结层之间的界面裂纹的应力强度因子是复型的,它包括应力强度因子的模和相位角.其求解与传统均质材料的应力强度因子是不同的.     

某型飞机水上迫降数值化模型

近海/跨海使用的飞机必须考核水上迫降性能,而目前飞机抗坠毁标准、设计方法和分析方法通常只考虑硬着陆情况,很少考虑水面迫降情况,这是由于水上迫降涉及多场耦合,问题十分复杂.为了简化问题,采用了解耦的方法,将仿真与试验相结合,利用MSC.PATRAN/DYTRAN软件平台,建立全机有限元模型,包括全尺寸机身、机翼和尾翼结构,并导入具体参数,对13种工况条件进行了动力学数值仿真计算.预测了飞机撞击水面过程中结构的瞬态应力分布,对飞机机身下部蒙皮进行了强度分析,表明飞机在着水过程中蒙皮不会发生损坏.      

一类平流层飞艇质量和惯量特性的计算方法与分析

针对一类具有双拼椭球体外形的平流层飞艇,根据适当假设,给出该类飞艇质量和惯量特性的解析计算方法.以飞艇上升过程为例,通过仿真计算给出该过程飞艇质量、质心位置和转动惯量的变化曲线,结合理论分析,验证该计算方法的合理性.最后,简要分析了质量和惯量特性变化对飞艇运动稳定性和能控性的影响.     

流动应力计算对铝合金板材充液热成形性能影响

为研究流动应力计算对铝合金板材充液热成形性能的影响,进行了板材热态胀形试验,得到了不同直径的胀形高度-压力曲线。结合三坐标测量仪测得的胀形零件轮廓数据,拟合出了最小二乘圆（LSCF）半径,发现在高径比（h/a）范围（0.18 < h/a≤0.68）内,对应的曲率半径与圆形半径之间的圆形度误差为5%。为获取更为精确的应力-应变曲线,通过对现有曲率半径和厚度理论模型进行比较,结合流动应力计算,发现Hill及Panknin曲率半径模型的平均值及Kruglov-Hill厚度模型最符合试验数据。利用组合模型计算胀形试验所得到的胀形高度-压力曲线,得到了不同温度、不同压力率下的应力-应变曲线。结果表明,210℃时方向异性（轧制方向及垂直方向）对铝合金7075-O胀形件曲率半径的影响很小;同时,压力率可影响其应力-应变曲线。      

浮升混合飞艇气动性能及总体参数分析

为了兼顾飞艇的气动性能和浮升特性,充分发挥二者的优势,并增强可控性,提出了一种基于NACA高升力翼型的组合嚢体式混合飞艇气动布局.采用计算流体力学(CFD)方法建立混合飞艇FLUENT计算模型,数值模拟了它在不同速度和迎角下的升阻特性、纵向静稳定性及浮升特性,并进行了总体性能评估,最后将其与常规飞艇进行了对比.结果表明:该组合嚢体飞艇布局具有较好的气动性能和效率,相同条件下提供的动升力为常规飞艇的3倍;当飞行速度大于26 m/s时,混合飞艇总升力效率开始大于常规飞艇,能够提供更好的浮升特性.此外,相同设计载荷下混合飞艇的外形尺寸更小,有利于增加有效载荷,可为低空大型混合飞艇的研发提供参考.      

颈动脉内血流动力学特征受向前加速度影响的数值模拟

人们在日常或某些特殊条件下常会面临方向和大小发生迅速变化的加速度环境,已有研究发现加速度环境会影响心血管系统生理、病理特征。利用计算机模拟方法详细研究了向前加速度环境下人体颈动脉内的血流动力学参数变化规律。结果表明:加速度会对颈动脉内压力、压力梯度、壁面剪切应力等与血管生理、病理现象密切相关的血流动力学参数产生显著影响。研究结果为加速度环境下颈动脉生理、病理研究提供了一定的理论依据,也为航空航天领域加速度环境下人员防护提供参考。      

航天器舷窗玻璃的强度检验方法和寿命预测

以断裂力学为基础,结合热钢化玻璃应力分布的特点,首次提出了热钢化玻璃的检验试验和寿命预测方法,为热钢化舷窗玻璃的强度检验提供了理论基础。分析示例的计算表明,即使通过相同的检验应力,在不同的使用环境中允许的使用应力是不同的;不同环境下,同样的使用应力,玻璃的使用寿命相差很大。     

A comprehensive numerical model examining the thermal performance of airships

A novel computational model for analyzing the airship’s transient thermal performance under different environmental conditions was developed. Radiative heat transfer and natural convection inside the airship were modeled using the control volume method. The Semi-Implicit Method aiming at the Pressure-Linked Equations algorithm was adopted to solve the control equations. Such approach was able to take into account the solar irradiative heat flux, the infrared radiation at different locations, and the convection both inside and outside the airship. The simulation results, showing the detailed distributions of temperature and velocity on the envelope and inside the airship, were in good agreement with the experimental measurements. The influences of solar position and material radiative properties on temperature distribution, as well as natural convective flow inside airship, were further simulated and discussed.     

机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析

中国机场通常采用板宽不超过5 m的水泥混凝土道面板，国际上已有机场采用板宽6 m以上的水泥混凝土道面板。相比大尺寸水泥混凝土道面板，小尺寸道面板容易产生病害。为了研究道面板尺寸对道面性能的影响，基于弹性层状理论体系建立道面结构有限元模型，通过改变水泥混凝土道面板平面尺寸，研究了考虑温度梯度时飞机荷载作用下道面板内的应力变化。通过某机场实例分析了温度梯度和飞机荷载共同作用下道面板平面尺寸对道面使用寿命的影响，结果表明:道面板内应力受温度梯度影响较大，常见机型荷载作用下，夏季道面板内拉应力25%以上是由温度梯度荷载造成；不同尺寸道面板在相同荷载作用下，道面产生的损伤量不同，设计过程中加入道面板温度应力计算，选择合适的道面板尺寸，可以显著提高水泥混凝土道面的预期使用寿命。      

Modeling and analysis of floating performances of stratospheric semi-rigid airships

In recent years, the study of semi-rigid airship has revived with the development of airships. Semi-rigid airships have some characteristics of rigid airships and non-rigid airships. Due to the flexibility of the envelope of the non-rigid airship, the variation of the temperature of the inner gas will lead to its structure deformation and affect its flight altitude. This paper develops the structural mechanics model, thermodynamic model and dynamic model of the semi-rigid airship, based on which nonlinear finite element analysis is employed for geometrically nonlinear deformation of the airship upper film in consideration of thermodynamics and structural mechanics coupling. Based on the thermal-structural interaction, the thermal characteristics and flight performances of the airship during floating flight are investigated. The 3-D solar radiation and temperature distribution of the airship skin and the temperature variation of the inner gas are presented to investigate the thermal performance of the airship, flight velocity, acceleration and flight altitude are simulated to investigate the flight performance, and the variations of the volume and pressure difference of the inner gas are calculated to provide a basis for structure design. The results of the simulation can be referenced for the design of the semi-rigid airship, and can be used for the further study on the attitude control of the airship during its floating flight.     

Investigation of ultra violet (UV) resistance for high strength fibers

Ultra long duration balloons (ULDB), currently under development by the National Aeronautics and Space Administration (NASA), requires the use of high strength fibers in the selected super-pressure pumpkin design. The pumpkin shape balloon concept allows clear separation of the load transferring functions of the major structural elements of the pneumatic envelope, the tendons and the film. Essentially, the film provides the gas barrier and transfers only local pressure load to the tendons. The tendons, in the mean time, provide the global pressure containing strength. In that manner, the strength requirement for the film only depends on local parameters. The tendon is made of p-phenylene-2,6-benzobisoxazole (PBO) fibers, which is selected due to its high strength to weight ratio when compared to other high performance, commercially available, fibers. High strength fibers, however, are known to degrade upon exposure to light, particularly at short wavelengths. This paper reports the results of an investigation of the resistance of four commercial high strength fibers to ultra violet (UV) exposure. The results indicate that exposing high strength fibers in continuous yarn form to UV led to serious loss in strength of the fibers except for Spectra^® fibers. The adverse changes in mechanical behavior occurred over short duration of exposure compared to the 100 day duration targeted for these missions. UV blocking finishes to improve the UV resistance of these fibers are being investigated. The application of these specially formulated coatings is expected to lead to significant improvement of the UV resistance of these high performance fibers. In this publication, we report on the mechanical behavior of the fibers pre- and post-exposure to UV, but without application of the blocking finishes.