Geometry and size optimization of stiffener layout for three-dimensional box structures with maximization of natural frequencies

Based on the growth mechanism of natural biological branching systems and inspiration from the morphology of plant root tips, a bionic design method called Improved Adaptive Growth Method (IAGM) has been proposed in the authors’ previous research and successfully applied to the reinforcement optimization of three-dimensional box structures with respect to natural frequencies. However, as a kind of ground structure methods, the final layout patterns of stiffeners obtained by using the IAGM are highly subjected to their ground structures, which restricts the optimization effect and freedom to further improve the dynamic performance of structures. To solve this problem, a novel post-processing geometry and size optimization approach is proposed in this article. This method takes the former layout optimization result as start, and iteratively finds the optimal layout angles, locations, and lengths of stiffeners with a few design variables by optimizing the positions of some specific node lines called active node lines. At the same time, thicknesses of stiffeners are also optimized to further improve natural frequencies of three-dimensional box structures. Using this method, stiffeners can be successfully separated from their ground structures and further effectively improve natural frequencies of three-dimensional box structures with less material consumption. Typical numerical examples are illustrated to validate the effectiveness and advantages of the suggested method.     

涡轮机匣热辐射-对流耦合换热特性数值计算与实验测试

开展了整环机匣的热辐射-对流耦合计算,获得了综合传热系数拟合关系式,并进行了实验测试验证。研究发现：封闭腔内,热辐射的存在大幅强化了壁面换热,辐射热流占总换热量比值可达90%以上。在3层机匣结构中,当发射率在0.3~0.8变化时,机匣沿径向方向上的温度梯度减小,主流区域的对流换热得到加强,半封闭区域对流强度降低。发射率为0.8时,外机匣流体侧壁面的辐射热流占总换热量的33.3%。     

悬臂边界下纤维增强复合薄板固有频率计算及验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有频率进行了计算及验证.首先,针对纤维增强复合薄板的结构特点,考虑了纤维方向的影响,对其进行了理论建模.然后,基于正交多项式法来表示振型函数,并通过Ritz法对该类型复合薄板的固有频率进行求解.最后,搭建了该类型复合薄板结构的固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂基复合薄板为例,对其固有频率进行了测试.验证结果表明:基于正交多项式法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的相对误差在2.2%~9.7%之间,进而验证了所提出的固有频率计算方法的正确性.      

材料科学与工程的新时代

论述材料科学与工程“四要素”,它包含成分(组成)与结构、合成与加工、性质和服役行为.“四要素”的提出结束了材料发展的混沌状态,弥合了理论和技术产业脱节,获得极限固有性能的可靠材料,推动了先进材料大发展.提出材料科学与工程的“两个全过程”概念,即材料研制全过程和材料应用研究全过程,唯有做好两个全过程工作,才能保证获得具有极限固有性能和极限服役性能的可用可靠材料,促进“材料科学与工程”进入一个新时代.对材料科学与工程进行“两个全过程”研究,成就中国成为材料强国.     

某型航空发动机双转子系统动态特性分析

为了更好地了解和掌握航空发动机固有的振动特性,运用三维建模软件Catia对某型航空发动机双转子系统进行三维实体建模,并将其导入到ANSYS Workbench中对该模型进行模态分析。提取了前6阶固有频率和振型,并对仿真结果进行了分析。研究可为该型航空发动机的优化运行及其双转子结构优化设计提供参考和依据。     

空间科学实验机器人辅助遥操作系统

建立了一个面向空间舱内晶体生长科学实验的地面模拟机器人遥操作系统。该系统通过基于虚拟现实的预测仿真来克服通讯时延的影响，并通过仿真图形和实际视频图像的叠加来对虚似仿真环境进行校准，以提高预测仿真的保真性。操作员利用空间鼠标等人机交互工具实时控制仿真机器人系统的运动，通过遥控与自主相结合的方式，并借助全局和局部视觉信息，完成了在空间晶体生长科学实验中更换晶体炉料棒的作业任务。     

中国返回式卫星的搭载任务—空间材料科学试验

１９８７年以来，为充分利用中国返回式卫星的剩余载荷能力，有计划地以搭载形式进行了一系列空间科学和技术试验，取得了较好的结果。文章简要地介绍在空间材料科学试验方面取得的成果。     

Regional Centres for Space Science and Technology Education and ICG Information Centres affiliated to the United Nations

Based on resolutions of the United Nations General Assembly, Regional Centres for Space Science and Technology Education were established in India, Morocco, Nigeria, Brazil and Mexico. Simultaneously, education curricula were developed for the core disciplines of remote sensing, satellite communications, satellite meteorology, and space and atmospheric science. This paper provides a brief summary on the status of the operation of the regional centres with a view to use them as information centres of the International Committee on Global Navigation Satellite Systems (ICG), and draws attention to their educational activities.     

基于准零刚度技术的微重力模拟悬吊装置设计与试验研究

微重力地面模拟试验对验证航天器在轨运行的可靠性有重要意义。通常采用低刚度悬吊装置模拟微重力环境,但存在着承载能力低和自振干扰的问题。为解决这些问题,文章提出了一种考虑弹簧自振的准零刚度悬吊装置。首先,通过合理简化推导了承载弹簧在装置中的自振频率计算式,并分析了准零刚度悬吊装置的工作原理,得出设计参数应满足的条件。然后,根据试验承载需求和位移要求提出了参数设计流程,依此流程设计得到了一种可调节平衡位置与几何参数的准零刚度悬吊装置。最后,对装置进行了静力测试与悬吊-隔振试验,结果表明,该装置不仅具有准零刚度特性和较大承载能力,而且解决了自振干扰的问题,能较好地模拟微重力环境。     

超临界自然层流机翼设计及基于TSP技术的边界层转捩风洞试验

为了实现绿色航空节能减排的目标，层流设计技术成为飞行器设计者的研究热点。对于跨声速客机而言，超临界自然层流机翼设计技术将显著减小飞行阻力，提升气动性能，减少燃油消耗和污染物排放。首先，基于高精度边界层转捩预测技术耦合翼型优化设计系统，实现超临界自然层流翼型设计；经过合理的翼型配置，形成超临界自然层流机翼。转捩数值模拟分析结果表明，超临界自然层流机翼的层流流动特性良好。然后，以比例为1：10.4的试验模型在荷兰高速低湍流度风洞进行边界层转捩风洞试验，使用温度敏感材料涂层（TSP）技术拍照获得机翼表面在不同马赫数、雷诺数和迎角工况下的层流-湍流分布。最后，通过超临界自然层流机翼边界层转捩试验结果，探讨了该类型机翼的转捩特性随来流参数的变化规律，总结了超临界自然层流机翼设计的关键因素。此外，该模型也可用来验证边界层转捩预测技术在超临界、高雷诺数工况下的预测精度。