飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

适应未来大型飞机的水泥混凝土道面设计方法

现行水泥混凝土道面设计规范,采用"设计飞机"按疲劳等效原则将各型飞机的作用次数换算成"设计飞机"的作用次数,并假定飞机轮迹在通行宽度内均匀分布,实际上飞机轮迹在跑道横断面上服从正态分布.未来大型飞机的起落架更加复杂,各型飞机对道面的累积疲劳损伤峰值不在同一位置,采用"设计飞机"换算的方法日益暴露出不足.按轮迹服从正态分布采用覆盖通行率计算覆盖作用次数,用累积疲劳损伤替代了"设计飞机"在交通量换算中的作用,直接计算各型飞机对道面结构总的累积疲劳损伤,探讨了基于累积疲劳损伤的道面设计方法.实例分析表明:采用累计疲劳损伤作为设计指标的道面设计方法计算结果更精确,更适合未来大型飞机复杂起落架作用下的水泥混凝土道面设计.      

复杂背景下机场道面细带状结构病害检测算法

机场道面裂缝、角隅断裂、接缝破碎、修补等病害宽度狭小、长短不一、图像中像素占比少,呈细带状结构,且与复杂背景对比度低,现有检测算法效果不佳。针对以上问题,提出了一种基于注意力机制与特征融合的深度神经网络模型DetMSPNet。首先,利用注意力机制模块CBAM,使得特征学习更加专注于细带状结构病害区域,抑制干扰信息;其次,构建残差空洞金字塔模块,提取不同尺度空间下的特征信息;然后,设计最大池化支路,便于之后浅、深层不同层次特征进行融合,加强模型对于病害的定位能力,并且将深层特征输入3种不同扩张率的扩张卷积和金字塔池化模块,使得病害特征包含更多全局上下文信息;最后,对所有层输出的病害特征信息进行融合,实现不同尺度、不同层次特征的信息互补。与目前3种经典的目标检测算法在机场道面病害图像数据集APD上做了对比实验,结果表明:所提算法的mAP达到78.51%,优于对比算法。所提DetMSPNet模型,提高了算法对机场道面细带状结构病害检测中宽度狭小、长短不一、图像中像素占比少、与复杂背景对比度低等情况的适应能力。      

飞机跑道荷载响应深度变化规律

针对目前刚性道面未考虑道面结构参数、起落架机型及滑跑速度与响应深度之间关系的现状,借助ANSYS软件建立45m×15m×10m的有限元模型,计算了8种面层厚度、6种面层模量、5种基层厚度、5种基层模量和5种土基模量下B737-800动荷载的响应深度,并类比另4种机型的计算结果,分析了起落架构型对结果的影响;同时形成了B737-800起飞过程中响应深度的动态变化曲线.研究结果表明,响应深度随面层厚度、面层模量、基层厚度与基层模量的增大呈线性减小趋势,随土基模量的增大而增大,两者关系服从二次函数,且土基模量对响应深度最为敏感;同时起落架构型对响应深度也有较大贡献;飞机起飞过程中,响应深度呈先小幅增加而后迅速减小的非线性变化.研究结果为机场道面结构参数的选取和场道维护提供了理论依据和参考.      

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。      

湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用

基于飞机在湿滑跑道着陆时轮胎-水膜-道面相互作用流体力学平衡,得到道面积水水膜厚度、飞机行驶速度和轮胎花纹沟槽深度为动水压强的主要影响因素。以波音737-800的主轮胎为主要研究对象,建立轮胎-水膜-道面相互作用三维模型,基于Fluent软件建立三者相互作用有限元分析模型,采用流体体积函数(VOF)法获得轮胎迎水面水流分布情况和平均动水压强,利用上述有限元模型对动水压强影响因素进行规律性分析,得出动水压强的显著影响因素为道面积水水膜厚度和飞机行驶速度,动水压强与水膜厚度及行驶速度呈正相关,水膜厚度大于3 mm时水膜产生的动水压强增长较快,等于12 mm时动水压强达到并超过胎压(1.47 MPa),存在滑水风险。行驶速度小于100 km/h时,动水压强值小于胎压,不存在滑水风险。基于上述分析结果建立动水压强与水膜厚度、行驶速度和轮胎花纹沟槽深度之间的相关关系式,考虑着陆升力的影响,获得不同降雨条件下波音737-800临界滑水速度及着陆距离延长值,为飞机着陆安全行驶提供重要理论依据。     

星载高精度环形网状天线设计方法

星载环形网状天线的质量小、型面几何精度好、结构刚度高,代表了现有大型可展开天线的先进水平。随着天线工作频率的不断提高,对型面精度提出了越来越高的要求。文章首先介绍了基于高精度环形天线组成和结构系统力学设计思想,讨论了实现高精度设计的基本原理。然后详细分析了高热稳定双层张力网对称设计方法和基于椭圆展开桁架的高精度设计方法,对称布局优化了网面系统的张力分布和系统刚度,能够提高网面抵抗热变形的能力。椭圆展开桁架保证了所有节点都在硬点上,能够提高系统的结构稳定性。椭圆结构有斜切和竖切两种方式,斜切方式实现了任意的角度旋转,所以能够选出较优的节点组合。     

基于μ综合方法的运输机纵向自动着陆控制律

研究运输机的自动着陆问题,分析了运输机自动着陆的过程与特点,采用结构奇异值μ综合的控制系统设计方法,设计了运输机的二级自动着陆控制律,实现对理想下滑线精确跟踪;并对系统的鲁棒性进行了分析.仿真结果表明,在存在飞机模型不确定性,测量噪声和外界阵风干扰的情况下,所设计的自动着陆控制律满足运输机的自动着陆要求.     

自适应结构综述

开展自适应结构研究的目的是为了衰减与控制大型柔性空间结构的振动,并保持其外形.在这种结构的承力部分集成有作动器、传感器和控制器,可对内部或外部激励自动地作出响应,并进行调整.自适应结构在未来大型空间飞行器中将具有重要的且不可代替的作用,文中对自适应结构的有关技术进行了综合论述,内容包括自适应结构的发展背景、定义与组成、基本概念与理论,以及有关关键技术.      

考虑壁板刚度匹配的大型飞机复合材料机翼气动弹性优化设计

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。      

大型飞机A380-800在既有跑道起降的适应性研究

为了探究已建跑道能否满足大型飞机A380-800起降的要求,建立了弹性层状的刚性道面模型和A380-800的整个主起落架模型,通过数值计算,分析了A380-800对道面土基的响应深度、场道面层层底最大拉应力和面层最大竖向位移的影响,并与B747-400的计算结果进行了对比。结果表明:尽管A380-800的最大起飞重量比B747-400大41.09%,但A380-800主起落架机轮数目多、间距和轮距均较大,有利于增强应力扩散、减弱叠加效应,所以其土基响应深度与B747-400仅相差4.29%;其层底最大拉应力的平面位置因受主起落架机轮布置的影响,与B747-400的层底最大拉应力出现在不同位置,且两种机型的层底最大拉应力值仅相差1.09%;其面层最大竖向位移出现在三轴双轮中心轴所在断面,而B747-400面层最大竖向位移出现在内侧双轴双轮的后轴所在断面,且两种机型的面层最大竖向位移仅相差0.49%。因此,从力学特性角度,以B747-400为设计机型或适应B747-400正常起降的道面结构层能够适应A380-800的正常起降。      

基于MEMD和ELM的飞机机翼健康状态预测技术

复合材料在现代飞机结构中的应用越来越广泛,为了有效地对飞机机翼健康状态进行预测,提出了基于多元经验模态分解(MEMD)和极限学习机(ELM)的飞机机翼健康状态预测方法。以某型飞机复合材料机翼盒段为具体研究对象,对其进行冲击与疲劳加载试验,利用光纤传感器及其采集系统募集飞机复合材料机翼盒段的原始应变信息,对其健康状态予以表征。对所采集的原始应变信息进行MEMD分解,提取分解后各频带信号的能量熵作为表征飞机复合材料机翼盒段健康状态的特征信息,采用动态主元分析法(DPCA)将所提取的能量熵特征信息进行融合,采用融合后所得到的能量熵构建ELM预测模型,对某型飞机复合材料机翼盒段健康状态进行预测。试验研究表明,本文方法可以有效实现飞机机翼的健康状态预测,具有很好的应用前景。     

大展弦比飞翼构型飞机阵风载荷减缓控制

大展弦比飞翼构型具有优越的气动和隐身特性,但由于构型原因无法配置常规操纵面,因此常规构型飞机的阵风减缓控制方法不再适用. 研究了大展弦比飞翼构型飞机新型多操纵面的典型配置方案,同时对其应用直接升力方法进行阵风减缓控制时的新的操纵及控制原理进行 了分析.采用极点配置方法设计了相应的阵风减缓控制律,并且通过有关的准则检验了该控制律的效果.最后通过计算并比较开环和闭环飞 机的频谱响应,验证了该控制律减缓飞机阵风响应的有效性.      

航空发动机机匣损伤容限评估及剩余寿命预测

使用有限元的方法,建立了某航空发动机机匣安装座处局部模型,计算得到了不同尺寸裂纹的应力强度因子的形状因子Y.基于BS7910评定方法,利用失效评估图(FAD,Failure Assessment Diagram)确定了机匣安装座结构在工作应力下的可接受裂纹尺寸为84.8 mm,结构的剩余强度随裂纹尺寸的增加而显著降低,焊缝较母材具有更低的损伤容限和剩余强度.使用缩小宽度模拟验证件模拟工作状态载荷进行了验证试验,当裂纹尺寸与试样宽度比值较小时,与模拟验证件的评估结果基本吻合.根据Paris公式,构件在工作应力下的剩余寿命为74 238周次.      

高空风对大型客机航线性能的量化影响

高空风会影响大型客机航线飞行的油耗和飞行时间。本文提出了一种计算高空风对航线性能量化影响的方法,并分析了高空风对航线性能的量化影响。建立了有风条件下飞机的飞行仿真模型,提出了针对飞机航线飞行的驾驶员建模方法,基于"驾驶员-飞机"闭环数字虚拟飞行仿真方法,提出了一种计算高空风条件下飞机航线性能的方法。对算例飞机在典型航线下的油耗、飞行距离、飞行时间进行了计算与分析。结果表明:在飞行距离相同时,顺风可以减少飞机的航线飞行时间并降低油耗,逆风会增加飞机的航线飞行时间并增加油耗;由于高空风的影响,部分航线往返飞行时,油耗和飞行时间相差较大;对于部分远程航线,由于高空风的影响,为满足最大起飞重量限制,飞机需要减小商载以装载更多燃油,确保能够飞抵目的机场。     

飞机起落架系统动力学建模与仿真

飞机地面滑跑时通过起落架系统与地面相互作用,由于作用于飞机的力和 力矩的变化,起落架将产生一定的缓冲,从而导致飞机滑跑过程中姿态角的改变.为了研究 飞机地面滑跑特性,考虑到滑跑过程中飞机姿态和转动的影响,建立了飞机起落架系统的轮 胎模型、空气油液缓冲模型、起落架走步模型和主机轮刹车装置模型.将建立的起落架系统 模型应用到飞机滑跑的六自由度模型中,分别在防滑刹车和前轮操纵两种情况下进行仿真验 证.结果表明,所建立的起落架系统模型是正确的,为进一步研究飞机地面滑跑特性奠定了基 础.