基于仿真分析的直升机座椅静强度研究

直升机座椅的抗坠毁性能是保护驾驶员的重要保障之一，座椅的静强度与动强度性能是衡量座椅可靠性的重要指标。本文以座椅静强度性能为出发点，以某型直升机座椅为例，根据适航要求设计了基于不同加载方向的座椅静强度测试试验。为进一步计算评估座椅的静强度性能，基于有限元分析方法，通过Abaqus对座椅的静载荷加载试验进行了模拟，分析了该座椅在不同加载条件下的变形量、Mises应力分布与材料损伤情况，通过仿真与试验结果相结合的方式验证了该型机座椅的可靠性，并为直升机座椅的性能模拟计算提供了有力的技术支撑。     

贯彻《军用飞机结构完整性大纲》的新螺旋桨设计

由于螺旋桨产生的滑流可以缩短飞机起降距离，因此降低了飞机对于机场跑道的要求。目前，螺旋桨在民用飞机和军用飞机上仍有大量发展和应用。我国飞机螺旋桨自主设计起步较晚，过去我国大型螺旋桨一直采用全金属实心桨叶，“新螺旋桨”是我国首次自行研制高性能复合材料螺旋桨。研制过程中，在气动力设计、结构强度、电调控制等方面遇到了一系列巨大挑战。《军用飞机结构完整性大纲》（GJB 775A—2012）作为飞机结构设计的顶层要求，在螺旋桨结构设计中依然发挥着重要作用，是保证新螺旋桨结构可靠性、经济性和产品寿命的重要手段。设计人员在研制中学习和贯彻《大纲》的要求和实施方法，克服了大量的技术难点和工程问题，最终成功地研制和装机了新螺旋桨。本文从《大纲》的五个任务出发，介绍了新螺旋桨研制中关于各个阶段任务的贯彻和实施，以及在此期间开展的有关理论分析和试验验证，系统地总结了《大纲》在螺旋桨结构设计中的实践和体会。希望文章能为今后同类产品的研制提供借鉴和参考。     

一种非线性模型下的复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接结构已广泛应用于飞机结构件,研究其拉伸失效问题具有重要意义。结合Hashin失效准则、能量耗散率方法、Puck失效准则和材料损伤连续退化方法,建立一种包含面内损伤和层间损伤的复合材料三维非线性模型;将含开孔层合板准静态拉伸试验结果与有限元数值模拟结果进行对比,两者之间的应力应变响应及最终断裂失效模式一致,证明该本构模型是有效的;在此基础上,对复合材料单钉双搭接螺栓连接结构进行拉伸失效分析。结果表明:数值模拟所得位移载荷响应与试验结果吻合良好,极限拉伸载荷误差不超过5%,满足工程应用要求;加载过程中的孔边变形和损伤累积使得螺栓连接结构整体刚度下降,其最终破坏模式为中搭接板挤压失效。     

基于静强和寿命可靠性的双辐板涡轮盘/榫结构优化设计方法

为保证双辐板涡轮盘/榫结构疲劳寿命及可靠性，提出基于静强和寿命可靠性的涡轮盘/榫结构优化设计方法.采用盘身轴对称模型和涡轮盘/榫三维模型交替优化策略，进行轮盘静强结构优化.结合材料应力-寿命数据，对满足静强准则的涡轮盘/榫结构进行考虑尺寸效应的寿命可靠性分析，并建立各危险区域给定可靠度的峰值应力-寿命曲线.基于涡轮盘/榫静强优化设计平台，利用给定可靠度的应力-寿命曲线数据修改结构优化单点应力标准.在保证不出现轮盘破裂的前提下，将轮盘寿命可靠性优化的复杂过程简化为基于应力标准的寻优过程.典型例优化结果表明:静强优化后涡轮盘/榫的寿命不能满足设计要求；经寿命可靠性优化后，轮盘疲劳寿命较优化前增加了47.28%，满足寿命可靠性设计要求；且在轮盘静强优化质量减轻16.66％的基础上，再减轻3.43%；该方法在保证优化精度的条件下，可大幅提高优化效率，且易于工程设计中应用.      

基于Armijo准则和BFGS算法的运载火箭控制重分配

以某型运载火箭为研究对象，研究了伺服机构故障下的重构控制问题。将该问题转化为有约束二次规划问题，采用一种Armijo准则和BFGS算法相结合的控制分配方法来求解。Armijo准则可以保证优化算法的收敛性，而BFGS算法则避免了迭代过程对Hesse阵的求逆运算，且具有收敛快的优点。将该重构方法与不动点迭代算法进行了对比，该算法经过8次迭代收敛，目标函数值和误差值分别收敛到${\mathrm{10}}^{\mathrm{2}}$量级左右和${\mathrm{10}}^{-\mathrm{5}}$量级；而不动点迭代算法经过30次迭代尚未完全收敛，目标函数值和误差分别收敛到${\mathrm{10}}^{\mathrm{3}}$量级左右和${\mathrm{10}}^{-\mathrm{2}}$量级。结果表明该重构方法比不动点迭代算法收敛快且收敛精度高。以单台发动机发生卡死故障为例对该方法进行了仿真验证，得到了与无故障情况下相同的控制效果，验证了该重构方法的有效性和正确性。      

液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷检测工艺方法

介绍了石墨材料的制造工艺和缺陷类型,并结合液体火箭发动机端面密封的工作特性,阐明了端面密封用石墨材料内部缺陷检测的必要性。对目前通用的无损检测方法进行了对比分析,确定了适用于液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷的X射线检测方法,并对X射线检测过程中图像灰度、对比度、电压、电流、滤片及积分时间等关键工艺参数的影响因素进行了对比分析,确定了石墨材料内部缺陷检测的工艺参数设置准则及高精度检测方法,实现了石墨材料内部孔隙的可视化仿真分析,并提出了一种基于图像处理的石墨材料气孔率统计计算方法,最终建立了液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部典型缺陷的特征标样。     

二维机织C/SiC复合材料非线性力学行为数值模拟

建立了考虑纤维束内部缺陷以及外部基体缺陷的多尺度单胞模型。首先依据电镜扫描图和材料内部单胞的密度,确定了纤维束单胞和复合材料单胞的几何尺寸;然后引入周期性边界条件,利用含缺陷的纤维束单胞模型计算了其初始模量和强度;最后使用由电镜扫描图确定尺寸的复合材料单胞模型,利用上一尺度的材料参数,对复合材料的模量进行了预测;并建立了含损伤纤维束单胞的刚度矩阵,运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤,通过数值结果与试验结果的对比,分析了Hashin准则作为判定纤维束起始损伤的适用性,并最终据此给出了单轴载荷作用下受损材料参数的变化情况。分析表明:基于考虑两种缺陷的多尺度模型,使用Hashin准则对C/Si C复合材料单胞进行非线性应力-应变行为数值预报与实验吻合良好。     

民用轻小型无人机碰撞安全特性研究进展

民用轻小型无人机碰撞伤人、干扰甚至碰撞民航飞机的事件频发，使得其碰撞安全问题成为各国学者研究的热点技术之一。本文分析了轻小型无人机运营中的碰撞安全风险诱因，从无人机碰撞民航飞机和碰撞人员2类场景出发，阐述了轻小型无人机碰撞安全分析方法和试验方法的研究概况，以及典型的无人机碰撞安全准则及损伤分级方法。最后，对轻小型无人机碰撞安全技术研究的发展进行了展望。     

竖直下降圆管内超临界压力RP-3航空煤油传热恶化实验研究

为理解空-油换热器中的冷却换热特性，对竖直下降圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热进行了实验研究。探究了稳态换热特征和换热机理，探讨了质量流量、热流密度、运行压力和进口温度对换热的影响；基于拟沸腾数提出了传热恶化的临界准则以及壁温最大飞升值的预测准则；通过浮升力和热加速判别准则分析了两者对换热的影响；实现了换热关联式预测。结果表明：浮升力和热加速对换热的影响可以忽略。拟沸腾换热机制，即近壁流体膨胀力相比惯性力占主导时，类气态流体层覆盖壁面是传热恶化的原因。当拟沸腾数高于2.5×10^-4时，拟沸腾换热机制起作用。最后，探究了泄压过程中的瞬态换热特征。泄压过程中拟沸腾数不断增大，传热恶化加剧，高泄压速率下甚至出现壁温波动。     

基于条件判断准则的涡扇发动机限制保护控制器优化设计

为了降低涡扇发动机控制逻辑中最小-最大选择结构的保守性，更高效地利用现有的安全裕度，提出一种基于条件判断 准则的涡扇发动机限制保护控制器优化设计方法。通过对发动机关键输出变量进行条件主动判断，来决定限制保护控制器是否 处于激活状态。其中，条件判断模块中的边界阈值采用智能优化算法-粒子群算法使其在给定的边界内搜索出合理可靠的最优 值。基于某型涡扇发动机控制系统仿真平台进行计算机数值仿真，仿真结果表明：该优化方法有效地降低了最小-最大选择结构 的保守性，在保持所有必要的安全极限情况下，推力响应速度得到了有效提高。其中，传统线性控制器的响应时间为4.7 s，而基于 条件判断准则的限制保护控制器的响应时间则为3.8 s，缩短了近20%，控制系统的保守性得到了有效降低。