Multi-level virtual prototyping of electromechanical actuation system for more electric aircraft

Electromechanical actuators (EMAs) are becoming increasingly attractive in the field of more electric aircraft because of their outstanding benefits, which include reduced fuel burn and maintenance cost, enhanced system flexibility, and improved management of fault detection and isolation. However, electromechanical actuation raises specific issues when being used for safety-critical aerospace applications like flight controls: huge reflected inertia to load, jamming-type failure, and increase of backlash with service due to wear and local dissipation of heat losses for thermal balance. This study proposes an incremental approach for virtual prototyping of EMAs. It is driven by a model-based system engineering process in order to enable simulation-aided design. Best practices supported by Bond graph formalism are suggested to develop a model’s structure efficiently and to make the model ready for use (or extension) by addressing the above mentioned issues. Physical effects are progressively introduced, and the realism of lumped-parameter models is increased step-by-step. In particular, multi-level component models are architected to ensure continuity between engineering activities. The models are implemented in the AMESim simulation environment, and simulation responses are given to illustrate how they can be used for preliminary sizing, control design, thermal balance verification, and faults to failure analysis. The proposed best practices intend to provide engineers with fast, reusable, and efficient means to assess performance virtually and enhance maturity, performance, and robustness.     

过氧化氢/紫外线/臭氧氧化技术处理肼类污水的应用

采用放大试验规模（处理量1 m³/h）的H₂O₂（过氧化氢）/UV（紫外线）/O₃（臭氧）氧化技术处理肼类推进剂污水，在30.0±1.6 ℃，pH=9.0±0.2的条件下，研究肼类的过氧化氢增强光解臭氧化降解。对比不同氧化技术的协同效应以及对污水降解的影响，重点考察过氧化氢、紫外线、臭氧和初始浓度等工艺参数对降解效果的影响，对氧化技术的应用进行了优化。研究结果表明：该技术可使COD去除率提高27.66%，肼类的降解速率随着过氧化氢投加量、紫外线辐射强度、O₃投加速率和水质地提高而升高，随着初始质量浓度的提高而下降。在最佳工艺下，处理5 000 mg/L质量浓度的废水，处理60 min时，COD去除率分别为98.62%（偏二甲肼）、99.17%（甲基肼）、99.94%（肼）和93.25%（单推-3）。     

基于改进灰狼优化算法的涡扇发动机性能/喷流噪声综合优化控制研究

为保证整个飞行过程中满足噪声适航标准和飞行器的安全性,需要按照最严苛的噪声要求进行发动机设计,并留有很大的安全裕度,因而导致发动机的性能潜力未能得到发挥。本文对传统灰狼算法进行了改进,提出自适应概率变异策略,在优化过程中调整狩猎模式,提升了算法的全局搜索能力;基于该算法开展涡扇发动机性能/喷流噪声综合寻优控制研究,根据不同飞行需求对航空发动机性能进行优化,获得最佳控制量,在满足安全性和噪声指标的同时,提高发动机的性能。仿真结果表明,改进后的算法具有更好的全局寻优性能,最大推力模式下可提升推力13.45%,最小油耗模式可降低油耗3.19%,最低涡轮前温度模式可降低涡轮前温度2.07%。     

高超声速气动热预测技术及发展趋势

高超声速气动热预测技术是高超声速飞行器发展的关键技术之一。对高超声速气动热预测技术的发展情况进行了分析探讨。首先,简要回顾了国内外高超声速气动热理论预测及地面实验技术的发展历程;在此基础上,结合典型外形的计算与风洞试验结果的比较,重点介绍分析了气动热工程计算方法、数值模拟方法、气动热风洞试验设备的模拟能力及目前实验测试技术的研究水平;最后,对气动热预测技术的发展趋势进行了讨论,提出了气动热预测技术应研究解决的问题。     

基于模型的系统工程在作动器领域的应用研究

以飞机作动器产品为研究对象,通过条目化需求分析,将产品设计过程进行逐级分解。利用AMESim、AN-SYS系列软件等仿真工具,建立从部件到产品的各级仿真模型,并开展仿真分析工作,通过对仿真分析过程和结果的分析,探索了基于模型的系统工程方法的工作流程,总结了飞机液压作动器基于模型的系统工程方法的应用基础。     

并行工程在商用飞机研发项目中的益处及其实施方法

使用较少经费和较短时间研发出质量优越的商用飞机是各飞机研发团队的共同目标。阐述了通过使用科学的方法和管理技术,例如并行工程,是商用飞机研发项目达成上述目标的途径之一,介绍了一种具备可操作性的实施并行工程的方法。     

某航天器输氢管道系统结构完整性评估

为保障某航天器在服役年限内不发生事故，针对航天器上采用插入焊接技术的精密管道系统进行结构完整性评估。在考虑到系统存在整圈的环形未焊透缺陷基础上，结合工程实践，假设在焊接区域存在更危险的平面缺陷。首先，开展高压气相热充氢试验下的标准拉伸和三点弯试验得到管道系统材料"J-75"在临氢环境下应力应变曲线和断裂韧性。其次，采用有限元程序计算系统在内压、惯性载荷与离面位移作用下的应力分布，考虑到间隙配合中的不确定性，改变模型中的最大间隙多次模拟计算，发现最大应力位置基本不变，以此区域作为假想缺陷的具体萌生区域。最后，采用失效评估图（FAD）方法对存在4种缺陷模式的系统分别进行结构完整性评估。通过引入安全裕度的概念，发现系统在含有初始尺寸（0.15 mm）的4种平面缺陷时，均处于安全状态，并且安全裕度都在2倍以上；通过工程临界分析（ECA）发现随着缺陷尺寸的增大，系统中含有缺陷2（位于管道焊接区域最大应力处的轴对称平面且沿焊深方向扩展的缺陷）时最为危险，且当缺陷深度超过0.61 mm时将断裂失效；考虑到测试数据的弥散性，针对系统最危险的模式，以安全裕度为可靠性指标，将失效评估图方法与可靠性评价相结合，得到系统在含有尺寸为0.15 mm的缺陷2情况下保有足够安全裕度的可靠性下限值超过0.999 5。     

Excavation of artificial caverns inside asteroids by leveraging rotational self-energy

Future space ventures will likely require exploitation of near-Earth asteroid resources. Moreover, it can be envisaged that asteroids may host habitats in their interiors. In fact, a cavern inside an asteroid would be a natural radiation shield against cosmic radiation and may also serve as a confined environment for storage of mined material such as water ice or other processed volatiles such as propellants. To this end, this paper proposes to leverage the asteroid rotational self-energy to remove material from the asteroid interiors and create a spherical cavern, by means of the orbital siphon concept. The siphon is a chain of tether-connected payload masses (the asteroid material), which exploits the rotation of the asteroid for the delivery of mass from the asteroid to escape. Under certain conditions the siphon can be initiated to ensure self-sustained flow of mass from the asteroid to escape. A net orbital siphon effect is generated by connecting new payloads at the bottom of the chain while releasing the upper payloads. Key parameters are discussed, such as the required siphon dimension and the maximum size of the internal cavity that can be excavated, as a function of the asteroid rotational period. Moreover, assuming elastic material behaviour, a closed-form expression for the stress tensor is found and a failure criterion is used to identify regions in the asteroid interiors subjected to the larger stresses. It is shown that the conditions for failure are relaxed as the radius of the internal void increases.     

面向客机总体设计的涡扇发动机分析模型

建立一种用于估算涡扇发动机特性的工程分析模型，该模型以涡喷发动机推力估算模型与涡扇发动机效率分析方法为基础，引入高涵道比涡扇发动机的循环分析方法进行修正。利用该模型可以获取涡扇发动机的推力和油耗特性，进而考察总体循环参数对发动机性能的影响。通过与文献验证数据对比，判定了分析模型的精度。该模型只需要输入少量参数就可以快速完成计算过程，适合于飞机总体设计阶段，可以评估涡扇发动机参数对飞机性能的影响。     

深化失效学的哲学理念探索,强化材料失效交叉技术研究

力图从哲学的高度,对失效学的认识论、矛盾论、系统论和方法论进行简要的阐释,从中提出一些要点,并对失效学哲学理念在失效事故分析诊断预防技术中的应用提出建议,为深化失效学的哲学理念探讨奠定初步基础。从失效学的理论基础、应用基础和工程技术等3个方面总结提出了失效学的理论和技术体系,为失效学的体系建设提供了技术框架;还从材料服役前、使用中和失效后等3个阶段归纳了材料失效交叉技术领域中的科学问题或关键技术,为加强其交叉技术的研究提炼出了若干重点方向。