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。     

轴压铆接加筋板局部屈曲弹性支持分析方法

考虑铆钉连接对筋条扭转弹性支持作用的影响,利用三角函数构造筋条在铆钉连接情况下的扭转支持刚度,采用里兹能量法建立轴压铆接加筋平板蒙皮局部屈曲问题的弹性支持理论分析模型及分析方法。分别采用试验方法、有限元方法、工程简化分析方法和本文分析方法对典型轴压金属Z形铆接加筋平板的蒙皮局部屈曲临界应力进行算例分析,验证了本文分析方法的合理性。在此基础上进一步研究了不同的铆钉间距和铆钉连接方式对加筋板蒙皮局部屈曲临界应力的影响。结果表明：在Z形加筋板结构形式、尺寸、铆钉间距皆为工程常用范围的前提之下,若铆钉连接方式不变,改变铆钉间距对屈曲临界应力影响不足1%;若铆钉间距不变,单排连接改为双排或者交错排可以提高屈曲临界应力约11%。     

短舱进气道热气防冰系统传热特性研究

为了研究短舱笛形管热气防冰系统中防冰腔设计参数对进气道唇口表面传热特性的影响，进行了不同设计参数下进气道防冰腔内外流域和固体域的耦合仿真传热计算。分析得出了不同射流孔孔径和射流孔到进气道前缘表面的距离等参数对进气道唇口表面的温度、对流换热系数和Nusselt(Nu)数分布的影响。分析结果表明：射流孔直径和射流孔到唇口表面距离在一定的范围内，进气道蒙皮表面温度和对流换热系数随射流孔直径的增大而升高，随中间排射流孔到唇口表面距离的减小而升高。     

TY-154M飞机蒙皮损伤后的修复

1999年4月22日凌晨，乌鲁木齐机场停机坪上的一个工作梯被大风吹动，撞到B－2607号飞机右侧，造成飞机机身、机翼多处损伤。其中最严重的损伤发生在35＃～36＃框架，右17＃～18＃桁条区域：右18＃桁条上固定蒙皮的5颗铆钉的铆钉头脱落，上部有一面积为90mm×20mm的凹坑，最大深度为5mm。从货舱内部观察，右18＃桁条轻微向内弯折。按照生产计划，B－2607飞机当天下午有航班，因此必须抓紧时间制定维修方案，进行抢修。但在是否切除变形蒙皮的问题上，有关人员的意见没有达成一致。笔者认为，蒙皮所受的主要作用力来自气密舱内外的气压差，并…     

带负扭转的复合材料桨叶蒙皮分层裂纹尖端场分析

蒙皮分层是复合材料浆叶疲劳破坏的主要形式.本文采用非线性桨叶结构模型,推导广义二雏下带负扭转的直升机菜叶蒙皮的位移方程及应力一应变关系;在此基础上,基于Stroh理论,采用各向异性界面断裂力学分析了蒙皮存在分层裂纹时裂尖应力场和位移场的渐近解.通过数值算例分析了离心力作用下带不同负扭转桨叶蒙皮分层裂尖的振荡系数、应力场及应力强度因子,所得结果合理,表明本文方法可以为复合材料菜叶蒙皮分层破坏提供分析依据.     

2E12铝合金机身壁板损伤容限分析与试验验证

2E12为国产新研铝合金材料,拟用于飞机机身蒙皮结构。损伤容限特性是该材料应用于型号的关键指标之一。按损伤容限设计要求,本文设计了3组典型的机身壁板结构试验件,包含了单跨裂纹、双跨裂纹和裂纹修理3种情况,首先完成了裂纹扩展和剩余强度数值分析,随后进行了验证试验,同时与2024铝合金试验件进行了对比分析和试验。研究结果表明：新研2E12铝合金材料损伤容限性能较好,能够满足型号设计要求;相对于单裂纹扩展,多裂纹的存在显著提高了裂纹扩展速率,多裂纹的总寿命缩短约为30%;裂纹扩展分析结果与试验结果误差小于10%;各试验件剩余强度结果一致性很好,分析结果与试验结果的差别约为2.3%。     

四种布局形式下超声速飞行器进气道气动特性实验对比研究

通过风洞实验数据对比分析了4种布局形式下超声速飞行器进气道的速度特性、迎角特性和侧滑角特性,所研究的进气道布局形式包括轴对称进气道、下颔式进气道、双下侧二元进气道以及X型倒置二元进气道,且均为定几何混压式进气道。结果表明:(1)4种布局形式进气道性能随马赫数的变化趋势基本一致,唯有X型倒置二元进气道的流量系数在封口马赫数达到1后略有下降;(2)在实验范围内,下颔式进气道和双下侧二元进气道均具有良好的正迎角性能,其中以双下侧二元进气道正迎角性能最好,但是负迎角性能都较差,轴对称进气道和X型倒置二元进气道在6°迎角以内随迎角增加性能虽有减小,但总的来说下降不大,然而当迎角大于6°时,性能急剧降低;(3)在小侧滑角4°以内,轴对称进气道、下颔式进气道和X型倒置二元进气道性能均下降不大,而双下侧二元进气道则相对较差。     

进气道研究在南航

本文回顾了进气道研究室近几年来在进气道与发动机匹配、进气道流场控制、进气道扩压器的设计和气动测试等方面的科研工作,并对实验设备和技术的研究概况作了简单介绍。     

迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究

高超声速进气道在起动过程中存在迟滞现象,起动迟滞对发动机的工作范围有重要影响。以一种Bump/前体一体化进气道为研究对象,通过试验和数值仿真结合的方法,研究迎角变化引起的进气道起动迟滞现象。试验在国防科技大学LF-220自由射流风洞中进行,来流条件Ma=5.0,采用蓄热式加热器对上游气流进行加热,稳定段总压1.59MPa,试验段静温91.67K。试验模型由底座、进气道前体前锥、进气道前体后锥和唇罩4部分组成,模型总长度285mm。采用PSI压力传感器对模型壁面压力进行测量,采样频率为100Hz。试验成功捕捉到进气道随迎角变化由不起动转化为起动的动态过程。研究表明,高超声速进气道随迎角变化存在明显的迟滞现象。试验获得进气道自起动迎角为-1.3°,而进气道自不起动迎角大于10°。在进气道自起动/自不起动过程的研究中发现,随着进气道流动状态的不同,迎角和大尺度分离区交替主导流量变化。     

飞机结构腐蚀搭接件应力应变分析

通过对一架退役飞机分解检查，发现搭接件外表面光滑，而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法定性地分析腐蚀产物膨胀作用的“垫枕效应”，得到了蒙皮板的应力应变的分布情况，确定了疲劳裂纹可能的形成位置，讨论了孔蚀对搭接件蒙皮应力应变分布的影响。     

进气道低速特性试验技术研究

为了研究多种进气形式进气道的低速稳、动态气动特性,采用引射器引射的方式,在FL 8低速风洞开展了进气道试验技术研究,研制出了进气道试验专用引射系统、流量测量与控制装置、模型支撑连接装置及大迎角试验设备,通过机翼下、腹部和翼根三种进气形式的进气道模型风洞试验对新研制的进气道试验设备和相关试验技术进行了验证。试验结果表明:在零速度和大迎角、大侧滑(α=60°,β=20°)低速来流下,利用多喷嘴引射器引射可以很好地实现各种进气道模型内流场的模拟,保证进气道工作线与发动机工作线相交。     

内乘波式进气道与内型侧压式进气道性能分析(英文)

采用内乘波进气道技术设计了一个马赫数6进出口均为矩形的高超声速进气道。设计基于一种优于传统方案的基本流场(ICFC型),使用流面追踪和激波切割方法生成进气道三维造型。为了开展对比研究,选择了典型的侧压式进气道为参照,本文进气道设计马赫数、进口形状、收缩比等都与该侧压式进气道相同。数值模拟结果表明,内乘波式进气道的各项性能参数都不低于侧压式,多数性能(如流量捕获系数、总压恢复系数、动能效率等)比侧压式都有提高。对比设计工况的性能分析也显示内乘波式进气道性能明显优于侧压式,且在所考察的各工况下都能捕获超过91%的来流。研究证明了有效利用三维压缩来进行特定设计的内乘波式进气道是一种性能优秀的定几何高超声速进气道,尤其在改善流量捕获能力方面特别突出。     

电脉冲除冰系统的电磁场分析

针对NASA CR-4175试验电脉冲除冰系统,建立了该系统的电磁场涡流有限元分析模型,分析了试验蒙皮在涡流场中法向及径向的磁感应强度,采用麦克斯韦应力法计算了该蒙皮所受的瞬态电磁力,并与Hender-son模型计算结果以及实验测量值进行了拟合偏差比较。同时在不改变电路的情况下,研究了蒙皮厚度、蒙皮电导率、蒙皮-线圈间隙这3个因素对电脉冲除冰效果产生的可能影响。结果表明,电磁场涡流有限元分析模型所计算的磁感应强度比Henderson模型更吻合实验值;趋肤深度范围内的试验蒙皮厚度愈大、蒙皮电导率愈大、蒙皮-线圈间隙愈小,蒙皮所受的峰值脉冲力愈大,即意味着这些参数条件下的除冰效果将更佳。     

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障,本文对压气机叶片进行模态分析,获得其模态参数,进而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制。这可以为飞机发动机压气机叶片的性能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。     

战斗机进气道非定常性能试验技术

在Φ3.2m风洞研制了基于双力矩电机同步驱动的机动进气道试验装置,模拟战斗机快速俯仰等机动过程和进气道不同工作条件,建立了战斗机进气道非定常性能试验方法。通过验证试验研究了战斗机模型快速俯仰机动过程中进气道性能变化的基本规律,获得了进气道动态周向畸变、紊流度等部分流场畸变参数的变化特性,验证了战斗机进气道低速风洞非定常性能试验技术的可行性。     

定几何混压式轴对称超声速进气道的稳定性实验

对一种定几何混压式轴对称超声速进气道的稳定性进行了风洞实验研究,得到了不同状态下进气道的纹影图片、沿程静压分布以及进气道性能随出口马赫数的变化曲线,并进行了分析。结果表明:在超临界工作范围内,随着反压提高结尾激波系前移,进气道出口马赫数下降,总压恢复系数升高,而流量系数保持不变。当工作马赫数大于封口马赫数时,本研究中的混压式进气道亚临界工作状态存在稳定状态,而当马赫数低于封口马赫数时,进气道亚临界状态不稳定。     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的变形特性分析

应用面元法和有限法建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的流固耦合分析方法。数值仿真结果表明:位于变形后缘上表面的柔性蒙皮在气动载荷作用下将被"吸"成鼓包形状,且这个局部变形对翼型后缘部分的压力分布具有很大影响。在此基础上,研究了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形随其弹性模量、厚度和初始预应变的变化规律。可以得出,柔性蒙皮的变形量随着翼型后缘偏角的增加而先增大后减小,并不是随着后缘偏角的增加而增大;增加蒙皮的厚度可以减少柔性蒙皮的最小弹性模量和最小拉伸刚度,但蒙皮的厚度受限于机翼的结构空间;满足Jacobs形变准则的蒙皮最小拉伸刚度随着蒙皮预应变的增加而降低。     

基于张线尾撑的进气道低速风洞试验技术研究

为了在φ3.2m风洞中开展战斗机大迎角进气道特性试验研究,结合该风洞开口试验段及支撑装置的特点,研制了能够模拟战斗机进气道流量的小型引射器装置,发展了基于引射器/张线尾撑一体化设计的战斗机大迎角进气道试验技术.为了验证该项试验技术,研制了进气道流量测量装置,以及基于数字阀的气源控制系统;进行了装置性能研究,并利用某战斗机模型开展了飞机鸭翼对进气道性能的影响试验研究.研究结果表明:引射器引射流量达1.34kg/s,引射器/张线尾撑一体化方案可完全满足我国已有战斗机在3m量级风洞开展进气道试验的流量模拟及开展大迎角试验研究的需求;鸭翼对战斗机进气道性能影响研究为进气道试验模型外形模拟提供了依据.     

冲压空气引射进气道流场数值模拟

飞机空调冷却系统通过冲压空气进气道引入冷却空气。为了给飞机电子设备散热提供更大的冲压空气引气量,考虑在冲压空气进气道中安装引射器。针对5和10 km两种飞行高度,采用数值方法研究了飞行马赫数为0.2～1.2的冲压空气进气道以及冲压引射进气道流场。研究结果表明,在同一高度上,冲压引射进气道内的质量流量增比随着飞行马赫数的增大而减小。在低空低速时(飞行高度为5 km,飞行马赫数为0.2),引射器对增加引气量的效果较好,冲压空气进气道内引气量提升约为96.87%。本文的冲压空气引射进气道研究可以为飞机空调冷却装置的改进提供理论参考。     

类水滴进口高超内收缩进气道参数化分析

基于马赫数分布规律可控的轴对称基准流场,使用流线追踪和截面渐变方法设计了进口截面形状非对称的类水滴形进口转圆形出口高超内收缩进气道,研究了设计参数横向位置d,纵向位置h和进口形状曲线参数a对性能的影响规律。在相同约束条件下对比了类水滴形进口进气道与常规矩形转圆、方形转圆进气道的性能差异。结果表明:在设计点,所研究的设计参数对类水滴进口进气道总体性能影响显著;在捕获面积和内收缩比相同的情况下,类水滴进口进气道综合性能明显优于常规矩形转圆、方形转圆进气道。