研究探索现代表面技术 科技服务高端装备制造——走进现代材料表面工程技术国家工程实验室

现代材料表面工程技术国家工程实验室是依托广东省新材料研究所为建设主体,经国家发展和改革委员会批准建设的国家级实验室。自成立以来,开展应用基础研究始终是实验室的主导方向,并以解决"卡脖子"技术难题为己任,通过开展新材料领域基础性和关键共性技术的研究,形成系列新思想、新方法,实现重要理论创新、关键技术突破,最终拥有自主核心知识产权,满足国家经济建设、社会发展以及国家安全的重大需求;同时实验室实行开放服务共享,积极与国内外企事业单位开展科技合作,重视青年骨干人才的引进与培养,实验室设备种类、数量、性能及现代材料表面技术方面成果在国内外相关领域中处于领先地位。     

飞机油面控制器结构优化及试验研究

飞机左右机翼输油不平衡故障将会影响飞机操纵甚至飞行安全。基于某型机的输油控制原理,对双油面控制器进行结构优化改进。借助ANSYS软件对双油面控制器内部流场进行模拟。研究发现,控制口压力对其性能影响较大;压力较低时,燃油从油面控制器钟形活门处流出的形式为“涌出”,较稳定;压力较高时,燃油流出形式为“喷出”,射流会顺势进入浮子腔,促使输油过程提前结束,严重降低结构性能。根据仿真获得的射流喷射轨迹,在上浮子摇臂上设计了挡板,阻止燃油进入浮子腔,使双油面控制器在全包线范围内均能有效拉开输油开始与结束的油面差。试验结果表明,优化后的双油面控制器带来的油面差是单油面控制器的数倍,高效解决了输油不平衡的问题。该油面控制器的优化设计可供其他机型推广。     

高速圆柱滚子轴承保持架运动分析

在高速滚动轴承中保持架的动态性能对轴承的整体性能有着重要的影响,保持架的质心运动是动态性能的具体表现之一.针对高速圆柱滚子轴承,建立了动态分析模型,通过模型进行数值仿真,分析保持架的质心运动,研究了轴承转速、载荷、游隙等对保持架质心运动轨迹的影响.研究结果表明:转速对保持架的运动状态具有决定性作用,转速超过一定值时,保持架的质心产生涡动,速度越高涡动稳定性越好;径向载荷大,保持架涡动时质心轨迹紊乱而不规则,保持架的运动稳定性差;游隙越小,涡动越严重但涡动稳定性好.研究结果可对高速圆柱滚子轴承保持架的动态性能分析提供一定的技术支持及理论依据.     

共轴式双旋翼直升机锥体测量技术研究

根据目前国内共轴式双旋翼直升机的维护需求,简要介绍了该类直升机旋翼锥体的测量方法.针对现有测量方法存在的缺点和不足,提出了一种采用新型的采用光学传感器测量该类直升机旋翼锥体的技术和方法,通过外场的实际应用,收到了良好效果,验证了其有效性.     

一种优先级区分的机载无线网络MAC层自适应退避算法

针对现有无线网络媒介接入控制(MAC)协议退避机制存在的竞争窗口(CW)易产生振荡、不能为紧急业务提供低时延QoS保障、难以区分服务类别等不足,提出了一种区分业务优先级的自适应退避(PAB)算法。该算法在二进制指数退避(BEB)算法的基础上,根据信道忙闲标识和业务优先级自适应选择相应退避阶段,通过参数设置可对不同优先级业务相邻退避阶段的前、后转移概率进行调整。利用二维马尔可夫链理论对PAB进行了建模分析,理论分析获得了饱和吞吐量和平均MAC时延的数学表达式,仿真实验结果表明:在机载无线网络(AN)环境下,PAB的性能相对BEB有了显著提升,可有效保障机载无线网络多业务类型的传输需求。     

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

基于航迹聚类的终端区进场程序管制适用性分析

为了定量评估终端空域的空中交通管制服务水平,提出了描述进场飞行程序管制适用性的新概念。在对实际运行航迹数据特征分析的基础上,建立了基于对应雷达轨迹点逆向比对方法的航迹间相似性测度模型。应用层次聚类法对航迹数据集进行了聚类分析,提出了根据航迹聚类集构造平均航迹的方法。通过比较平均航迹和标准进场程序,建立了描述管制适用性的3个量化指标及其算法,包括:纵向偏离度、侧向偏离度和非常规航迹比例等。实例分析表明:以上指标能准确表示进场飞行程序提供空中交通管制服务的水平,并可以根据聚类结果来改进现有进场飞行程序结构。     

跨声风扇周向畸变流动的谐波平衡法计算

研究了采用"相位延迟"边界条件的谐波平衡法用于周向进气畸变计算的可行性及其计算效率,考虑了进气总压畸变形式为正弦波和方波的两种情况。对于正弦波形式的进气总压畸变采用较少阶数的谐波计算就可得到和双时间推进法相近的计算结果,计算速度最大可以提高48倍。对于方波形式的进气畸变,则需要采用更多阶数的谐波计算才能还原得到较准确的非定常流场,计算速度提高了7倍。算例表明,谐波平衡法可以有效的应用于跨声风扇周向进气畸变的非定常计算中,同时大幅提高计算速度。     

导弹末端机动与导引一体化设计的新机动模型

针对导弹末端机动与导引的一体化设计问题,给出了一种新的机动模型。通过模型参数的设计,使得机动位移、机动速度的零点周期性地出现在相同的时刻,导弹就可以在导引弹道和机动导弹之间平滑过渡。基于该模型,采用导引弹道和机动弹道同步积分的方法,选择合适的时刻开始和结束机动,可以实现末端机动与导引的一体化设计。该方法得到的一体化弹道,其制导精度仅取决于末制导律,而与具体的机动参数无关,具有较好的突防效果和工程应用价值。
     

超声速湍流流场的RANS/LES混合计算方法研究

采用对接/拼接网格技术,建立了基于分区混合和基于湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型,并对环翼低速绕流、翼型跨声速绕流和球锥带凹窗外形二维超声速绕流进行了初步的数值模拟.环翼和翼型绕流计算表明,该混合模型可给出较合理的湍流宏观平均量;球锥带凹窗外形二维超声速绕流计算表明,该混合模型可得到超声速瞬态湍流脉动流场,凹窗处存在复杂的旋涡结构和波系结构,呈现较大尺度的脉动.但该模型还需要进一步的考核验证.