多电飞机与电力电子

从多电飞机用电设备的非线性特性探讨了飞机电源的特点,分析了变频交流电源的不足之处。从高温电力电子器件对飞机电源、配电和用电设备发展的价值,考察了下一代多电飞机电气系统的能量管理与热管理的必要性及其主要机电装置的研究方向。推动电力电子器件及其装置的发展,已成为实现多电飞机的必要条件。     

永磁球形电机的自适应反演滑模控制

针对非线性、强耦合、直驱型的永磁球形电机动力学系统,设计了一种自适应反演滑模控制器。首先,通过拉格朗日第二方程以及卡尔丹角坐标变换建立永磁球形电机的转子动力学方程。然后,将反演设计方法和滑模控制有机结合抑制外界扰动和参数摄动的影响。其中,基于类李雅普诺夫方法获得外界扰动上界的自适应律,并采用一种新颖的趋近律消除抖振问题。最后,仿真结果对比证实:该控制器不仅能保证永磁球形电机动力学系统高精度的轨迹跟踪、快速的动态响应,而且对外界扰动具有较强的鲁棒性。     

一种新颖的Z源逆变器直流链峰值电压控制策略

提出了一种适合于Z源逆变器的直流链峰值电压直接检测与控制方法。Z源逆变器中逆变桥等效输入电压为其直流链峰值电压,控制直流链峰值电压恒定有利于减小功率器件的电压应力,同时给逆变级提供一个相对稳定的工作状态以及简化逆变侧的设计。在分析Z源逆变器直流链电压特性的基础上,给出了直流链峰值电压的直接检测方法,具有实现方案简单、成本低,不存在现有直流链峰值检测方法中的延时以及算法复杂等缺点。通过对检测得到的直流链峰值电压进行控制,在不同的输入电压与负载条件下都能实现直流链峰值电压的恒定。交流输出电压采用了峰值电压控制策略,通过采样输出电压,能实时计算得到输出电压峰值,通过控制峰值电压的恒定能够实现输出电压的稳定。基于所提出的直流链峰值电压与输出电压峰值控制策略,能够同时实现直流链峰值电压和输出电压的稳定,稳态与动态性能良好。实验结果证实了该控制策略的有效性。     

可压缩平板边界层转捩的大涡模拟

入口利用层流速度型叠加二维和三维Tollmien-Schliting(T-S)波,应用动态亚格子模型、预处理技术以及高精度算法,采用大涡模拟(Large eddy simulation,LES)数值计算方法,对可压缩平板边界层空间模式的转捩机理及其拟序结构进行了研究。计算结果展示了T-S波经历线性、非线性发展阶段破碎形成发卡涡,最终演化成具有4个涡环的涡链结构的整个过程,并揭示了发卡涡涡腿并非完整对称及低速条带在涡环产生的位置不连续的现象,探讨了主流向涡与壁面相互作用诱导生成次流向涡的机理。     

驻涡燃烧室驻涡区三维冷态流动特性数值研究

驻涡燃烧室驻涡区内的流动是影响驻涡燃烧室性能的一个关键因素。首先将数值模拟结果进行与试验测量结果进行对比,确定了最佳的湍流模型,并在此基础上通过数值方法深入研究了驻涡燃烧室驻涡区冷态流动特性。结果发现:通过在驻涡区前壁进气缝中设置一定的矩形挡片可以在驻涡区一定范围内诱发以反向旋转的涡对形式存在的流向涡。对比研究了挡片阻塞比BR(挡片面积与前壁开缝面积之比)分别为0,0.2,0.4时驻涡区内的流动结构,分析了流向涡产生的原因。定量结果表明,当BR=0.2,0.4时,(1)流向涡涡量大小比BR=0时提高了将近100%,BR=0.2对应的流向涡涡量比BR=0.4对应的流向涡涡量略大;(2)在流向涡混合层内,流向涡涡量沿轴向呈先增大后减小的趋势;(3)燃烧室总压损失约比BR=0时大1%。     

碳纤维复合材料湿热老化加速关系

受环境因素作用,碳纤维增强聚合物基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composities,CFRP)湿热环境下发生性能退化是一个重要的工程问题,而如何通过实验室加速试验再现自然环境对复合材料的老化作用成为解决此问题的关键。基于时间-温度-湿度等效原理,将湿热环境下CFRP粘弹性能的改变作为材料的老化损伤度量,建立不同湿热环境之间当量折算关系,提出加速老化当量折算系数的确定方法。以典型军机结构用CFRP为例,实例计算了材料不同温度、湿度环境下的当量折算系数,根据地面停放环境谱当量折算得到加速试验谱,加速效果令人满意。最后,对比分析了温度与湿度对当量折算系数的影响,结果表明,温度变化对当量折算系数的影响要比湿度变化的影响显著。     

真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板拉伸破坏模拟

对玻璃纤维增强复合材料真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板建立了三维有限元模型,进行了拉伸破坏模拟。发展了考虑剪切非线性的复合材料各向异性连续损伤力学模型,用于模拟母板与补片复合材料单向带失效。采用基于双线性cohesive本构的接触分析模拟了真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后形成无厚度二次固化界面。数值模拟结果与试验结果吻合较好表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。最后,分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程。     

基于微分Petri网的民机航迹演化通用模型构建

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下的空域实施管理,在战略航迹规划阶段,提出了一种模块化的战略航迹演化通用模型。建立了不同航段之间航空器状态动态切换的一类宏观Petri网演化模型,以及同一航段内航空器速度和高度两种特征参数值连续变化的3类微观Petri网演化模型。根据航空器特征参数值转化的4种不同形式并基于航空器全飞行剖面的混杂运行特性,运用微分Petri网理论,定义了航空器的4种演化模式,通过组合各种演化模式得到了3种航空器基本演化模型。在满足航空器性能约束的前提下,通过设定10个航段及15个高度和速度预设值,得到了全飞行剖面下各特征参数的演化图。结果表明,所设计的演化模型增强了航迹预测模型的通用性,能够反映航空器在水平剖面和垂直剖面内的状态变化。     

多种平直开缝翅片换热特性的数值研究

采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对某管翅式换热器平直开缝翅片的换热特性进行了数值研究,并提出了多种改进翅片模型。将这些改进模型与原模型在相同仿真条件下进行3D数值对比分析,结果表明:翅片的形状、开缝位置对翅片的总换热量、平均压降和阻力系数等均有影响;在来流速度为5 m/s时,"前疏后密"的双向开缝翅可使传热提高11.8%,压降上升15.7%左右;双耳结构的旋转型翅片在Re=2 400~8 400时,可使传热提高5%~8.28%,压降仅提高0.25%~0.83%,综合性能最佳,为管翅式换热器翅片的设计提供了有益的参考。     

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。