Topology optimization in lightweight design of a 3D-printed flapping-wing micro aerial vehicle

Topology optimization is an effective method to obtain a lightweight structure that meets the requirements of structural strength. Whether the optimization results meet the actual needs mainly depends on the accuracy of the material properties and the boundary conditions, especially for a tiny Flapping-wing Micro Aerial Vehicle (FMAV) transmission system manufactured by 3D printing. In this paper, experimental and numerical computation efforts were undertaken to gain a reliable topology optimization method for the bottom of the transmission system. First, the constitutive behavior of the ultraviolet (UV) curable resin used in fabrication was evaluated. Second, a numerical computation model describing further verified via experiments. Topology optimization modeling considering nonlinear factors, e.g. contact, friction and collision, was presented, and the optimization results were verified by both dynamic simulation and experiments. Finally, detailed discussions on different load cases and constraints were presented to clarify their effect on the optimization. Our methods and results presented in this paper may shed light on the lightweight design of a FMAV.     

双模块下颌式内转进气道/圆锥前体一体化布局研究

为实现三维内转进气道的内收缩流场与圆锥前体的外压缩流场的良好匹配，提出了一种双模块下颌式内转进气道/圆锥前体(Double-modules Chin Inward-turning Inlet and Conical Forebody，DCII/CF)一体化设计方法，获得一种新颖的双发并置、侧向安装的DCII/CF一体化布局。针对该布局形式，开展了DCII/CF一体化构型与传统的单模块内转进气道/圆锥前体(Single-module Inward-turning Inlet and Conical Forebody，SII/CF)一体化构型的数值对比研究。结果表明：DCII/CF一体化布局不仅为内转进气道提供了优秀的前体附面层排移效果，还有效避免了传统SII/CF布局中前体附面层与进气道内部流场之间的相互干扰。在Ma∞=6.0设计状态，DCII/CF一体化布局的进气道总压恢复系数相较传统的SII/CF布局有了显著提高，从0.403提高至0.482；但由于前体附面层的排移，该布局的捕获流量略有降低， SII/CF的流量系数为0.956，该布局则为0.917。而在非设计状态，该布局形式同样具备较好的总压恢复性能，在Ma∞=5.0与Ma∞=4.0的总压恢复系数分别达到了0.586和0.682，明显高于SII/CF的总压恢复系数0.507和0.619。     

基于流管试验的管道声传播预测

通过平板声衬流管试验，测试了管道内无流动和有流动下不同入射声波频率的管道壁面复声压，并基于试验模型与数据分别开展了二维和三维管道声传播预测，将试验测量结果与预测结果进行了对比。结果表明:二维和三维的预测结果非常吻合，尤其是在无流动条件下；在不同流动条件和不同频率下，声传播预测给出了与试验数据较为吻合的结果，壁面声压级的趋势与试验结果一致，基本验证了管道声传播预测模型的准确性；对比不同流动条件和频率点，有流动下预测的壁面声压级的误差比无流动更大，低频下预测的壁面声压级的误差比高频更大。      

含多部位损伤搭接结构应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)分析是含多部位损伤(Multiple site damage,MSD)结构剩余强度和裂纹扩展寿命预测的基础和关键。考虑接触与摩擦,建立了含MSD搭接结构的三维有限元模型,研究了不同裂纹长度、铆钉类型以及损伤模式下裂纹尖端SIF分布情况和变化规律。结果表明,搭接件孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计。由于次弯曲、铆钉变形和板厚度等因素,SIF在外表面最小,接触面一侧较大,最大值多位于蒙皮内部。MSD会使裂纹间的干涉作用增强,SIF增大,且裂纹间距离越近干涉作用越强。裂纹长度相同时,埋头铆钉的孔边裂纹SIF积分均值大于平头铆钉,且接触面的SIF埋头铆钉大于平头铆钉,外表面则相反。     

绿色技术创新对企业成长绩效的影响——基于研发投入强度的调节作用

随着我国经济的高速发展,生态问题日渐凸显。通过技术创新处理好经济发展和生态效益的关系成为实现绿色发展的内在要求。本文利用94家创业板制造业上市公司2014—2017年的数据,采用广义最小二乘法对绿色技术创新、研发投入强度与企业成长绩效之间的关系进行实证分析,探讨了绿色技术创新对企业成长绩效的直接影响,并对研发投入强度的调节作用进行分析。结果显示:绿色技术创新对企业成长绩效具有显著的正向影响;研发投入强度对绿色技术创新与企业成长绩效的关系产生显著的负向调节作用。     

三维数模随动下的机翼结构重量优化

目前,基于快速建模下的重量重心估算系统得到了快速发展。为了进一步提高结构重量估算精度,研究了如何在重量重心快速分析(WCGA)系统环境中构建优化模块。以机翼结构重量优化为例,提出优化流程,对优化模块功能进行分解,给出模型简化要求。以A320飞机机翼为例,对梁和长桁进行优化,结果显示,经过优化,有效减轻了结构重量,且相比于传统的减重优化设计方法,极大提高了计算效率。     

2. 5D 衍生结构SiO2 f / SiO2 复合材料的经向力学性能

以几种不同的2.5D衍生结构织物为增强体,制备了法向增强、经向增强及经法向增强2.5D Si O2f/Si O2复合材料,比较了上述材料与现有2.5D Si O2f/Si O2复合材料的经向力学性能,并研究了经法向增强2.5D结构复合材料中增强纱比例、纤维体积分数与材料性能之间的关系,对织物结构进行了优化。结果表明,经法向增强2.5D Si O2f/Si O2复合材料的经向力学性能较现有2.5D复合材料有显著提高,该材料在较低密度下(1.6 g/cm3),经向拉伸强度与现有材料(1.65 g/cm3)持平,且经向压缩强度接近现有材料的4.3倍。     

终端区四维轨迹到达时间的控制与计算

研究的目的是使管制员通过飞行管理计算机计算的结果来较精确地预测飞机到达各航路点的时间范围,在同时有多架飞机进场的情况下合理安排进近顺序。利用向量分解法,分析了飞机在有风情况下,特别是风向风速改变时地速的变化。给出了实时地速的计算方式,指出了通过调节两个航路点间加速度变化的位置来控制飞机到达下一航路点的时间,并给出了到达各航路点时间范围的计算方式。通过计算,管制员不仅可以推测出到达各航路点的高度及时间范围,避免飞行冲突,还能够安全有序的引导飞机按预计时间着陆,减少航班延误量。     

三维全五向编织复合材料的细观结构分析

基于三维全五向矩形编织工艺的携纱器运动规律,系统研究了三维全五向编织复合材料的纱线空间运动方式、纱线间交织结构形态,建立了三维全五向编织结构各区域的单胞几何模型,推导了编织角等工艺参数与各单胞结构参数间的数学关系,计算了纤维体积分数的预测值,并与实测值相比误差较小,表明所建模型较为合理、准确.     

激光刻蚀技术及其在航天器天线制造中的应用

以可实现频率复用、高灵敏度和低噪声的航天器先进固面天线反射器(极化和频率敏感反射器等)为例,主要介绍了利用镀膜/激光刻蚀技术进行反射器表面高精度金属薄膜图形制作过程中的关键技术问题和解决措施,同时简要介绍了已尝试过的三维曲面高精度薄膜图形制作技术和激光刻蚀技术的现状和发展方向。