大型水陆两栖飞机抗浪能力研究

阐述了大型灭火/水上救援水陆两栖飞机高抗浪船体设计方法，对飞机起飞过程中的水阻力、滑行稳定性和波浪运动响应进行了研究。通过对比分析，发现断阶喷溅形态是影响水阻力出现第2峰值的关键因素，提出了水阻力曲线出现第2峰值的条件；分析了在纵倾角-速度图中不同区域滑行时飞机纵倾角响应特性，明确了飞机在典型状态的稳定边界；通过研究波长、速度对飞机纵倾角、飞高和机身垂向过载的影响，确定了飞机在波浪水面发生剧烈运动响应时对应的波长范围。     

舰船升沉运动对旋翼瞬态气弹响应影响分析

在旋翼气弹计算模型基础上引入舰船3个平动和3个转动广义坐标,根据Hamilton原理建立了基于广义力形式的计入舰船运动的旋翼瞬态气弹响应计算模型。通过与国外试验及计算值的对比验证了本文计算模型的正确性,经算例分析得到以下结论:(1)升沉对桨尖最大负向位移影响明显,随升沉运动幅值增加、周期的减小,桨尖最大向下位移增加明显,相位影响显著;(2)升沉与纵摇耦合运动对桨尖最大负向位移影响明显;(3)升沉与横摇耦时主要以升沉为主,横摇贡献较小。     

民用飞机弹性结构水上迫降试验载荷研究

刚体模型和弹性体模型的载荷传递方式不同,为了研究刚体模型和弹性结构模型对飞机水上迫降载荷的影响,根据动力相似性原理设计制造了刚体模型,并根据强度相似性原理设计制造了弹性结构部件,通过气囊加载试验系统验证了弹性结构部件满足强度相似设计要求。通过水上迫降模型试验测得加速度-时间历程曲线,使用傅里叶变换处理试验数据得到加速度峰值。根据刚体模型的试验数据分析,飞机以初始俯仰角12°、襟翼为着陆构型、较小的下沉速度和中重心状态入水时,飞机在水上迫降过程中受到的载荷较小。研究表明：带弹性结构模型和刚体模型所得到的飞机载荷有明显的不同,带弹性结构模型得到的垂向加速度峰值明显低于刚体模型。这种现象主要是由于机体着水底部弹性结构变形吸收了大量的能量。     

性别差异对飞船返回着陆冲击下乘员动态响应影响的仿真研究

为探讨性别差异对飞船返回着陆冲击下乘员动态响应的影响,根据飞船着陆实际工况,首先使用Pro-E软件建立座椅模型,然后采用50thHybird III男性假人和5thHybird III女性假人在Hyperworks软件中建立男性、女性假人-座椅系统有限元模型,通过着陆冲击试验数据对模型标定,仿真分析在较高G值(峰值26g)冲击下人体重要部位的加速度响应性别差异性。仿真结果表明,胸背向假人肩部、胸部和骨盆加速度峰值女性比男性高出31%以上,而在头部男性比女性高29%;头盆向假人头部和肩部加速度峰值女性比男性高出80%以上,骨盆加速度峰值女性比男性高37%,在胸部女性比男性高10%。研究表明:在相同的冲击载荷下,女性头颈部、骨盆加速度响应超过男性,更易受到损伤,提示应加强在冲击过程中对女性头颈部和骨盆的防护。     

带辅助支承的传动杆动态特性试验和仿真

为了研究大型客机发动机中带辅助支承的径向传动杆动态特性,搭建了测试位移和加速度响应的传动杆部件试验台, 在最大转速分别为26000、29000 r/min条件下进行了轴承座轴向共振试验、内传动杆弯曲共振和传动杆进入共振区间后的动态特 性试验;采用3维有限元方法建立了传动杆系统的动态特性模型,对传动杆系统的动态特性进行了仿真,并将试验结果与仿真结 果进行了对比分析。结果表明：传动杆位移响应先于轴承座加速度响应进入共振,并且在进入共振后的很长区间内,振动仍然持 续快速增大;结合试车经验和故障形式提出了“试车临界转速”的概念,利用3维有限元法综合考虑多部件结构特征、轴承支承刚 度和花键连接刚度,全面分析了传动杆组件的各阶固有频率,其中传动杆仿真临界转速和试车临界转速误差为2.1%。     

复杂时变激励下失谐叶盘瞬态强迫响应分析

提出一种高效的失谐叶盘瞬态强迫响应分析方法,不同于传统的数值积分方法,该方法推导出瞬态强迫响应的解析表达式,能更为高效地预测失谐叶盘的瞬态强迫响应。首先,对叶盘的高保真有限元模型进行减缩建模,在精确地描述叶盘结构的动力学特性的前提下,极大的减少了模型的自由度数目。其次,模拟加速旋转的涡轮叶盘经过复杂流场时叶片表面上的气动载荷,并建立叶盘固有频率和振型随转速变化的数学函数;通过共振分析确定叶盘共振的转速区间并分析引起共振的激励阶次成分。最后,计算了不同旋转加速度和阻尼下叶盘的瞬态强迫响应,并对叶盘的失谐幅值放大因子进行研究。应用本办法对某86个叶片的涡轮叶盘进行了数值分析,结果表明,相同阻尼水平下,叶盘的瞬态强迫响应幅值随旋转加速度增加而降低,失谐幅值放大因子在瞬态条件下大于稳态条件下,最高可达30%。     

着水初始条件对水陆两栖飞机着水性能的影响

针对着水初始条件对水陆两栖飞机静水面降落性能影响的问题,使用非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和标准k-ω两方程模型求解非定常流场,耦合流体体积模型捕捉自由液面,结合改进的流场域网格划分策略,并借助任意拉格朗日欧拉方法处理机体、网格和水气交界面三者关系。基于上述方法,探讨初始姿态角、下降速度和前飞速度对着水性能的影响,其中驾驶舱与重心位置加速度、气动力与水动力、俯仰角与吃水深度等参数变化被考虑在内,逐步得到最优着水初始条件。结果表明：增大初始姿态角有利于减缓飞机各位置除初次触水过载峰值外过载峰值的变化。当飞机俯仰力矩出现极值时,驾驶舱垂向过载显著大于其他方向和位置过载。减小初始下降速度,各加速度值也随之减小,值得注意的是重心垂向加速度值与初始垂向下降速度平方值存在线性变化关系。着水前飞速度的选取应使得气动升力略大于重力,飞机才能获得更佳的着水性能。     

地效飞行器双断阶机腹着水砰击过载分析

地效飞行器着水过程中，断阶着水产生的冲击易导致结构表面屈曲或破坏。基于ALE 有限元法，通过罚函数法处理两相界面流固耦合问题，对地效飞行器着水过程进行数值模拟，分析不同前飞速度、下沉速度、俯仰角等参数变化对浸水深度、砰击过载等的影响。结果表明：在研究工况下，机体着水产生的压力峰值均出现在断阶处；随着俯仰角增加水平过载峰值减小，垂向过载峰值先增大后减小，俯仰角为7°时垂向过载峰值最大，是最低过载峰值（俯仰角为15°时）的1.4 倍；前飞速度增加致使水平过载峰值增大，而对垂向过载峰值影响不明显，但垂向过载峰值与垂向速度的平方近似呈线性关系，下沉速度越大，砰击过载峰值越大。     

涡破裂诱导的垂尾抖振气动弹性分析

通过试验方法分析了三角翼前缘分离涡与垂尾抖振之间的关系,深入研究了尾迹流动对垂尾抖振各阶模态的激励作用。计算得到了垂尾模型固有频率及各阶模态。在风洞试验中,应用激光片光烟流场显示技术,得到了三角翼模型在风速为30 m/s下,各迎角的涡结构;使用加速度传感器测量了垂尾翼根和翼梢的抖振响应;使用热线风速仪测量了垂尾翼根和翼梢位置的脉动速度分量。结果表明:前缘涡破裂后产生的高湍流度的尾迹是垂尾抖振的直接原因,抖振边界与涡破裂的强度和位置有关;涡破裂后尾迹与垂尾产生共振,使得抖振加速度响应频率与垂尾固有频率一致;涡破裂后,在较小迎角下,尾迹对垂尾的高频振动模态的激励较为明显,在较大迎角下,涡破裂流动对垂尾低频振动模态的激励加强了。     

耦合升沉运动的七叶侧斜螺旋桨空泡性能研究

为建立有效的预报耦合升沉运动的螺旋桨空泡性能的方法,并基于该方法分析升沉运动对螺旋桨空泡性能的影响,基于RANS方法对耦合升沉运动的七叶侧斜螺旋桨的空泡性能进行了数值模拟,螺旋桨的升沉和旋转运动耦合采用自定义运动方程实现,其中升沉运动简化为简单正弦函数。非定常流场中网格和物理信息的传递采用重叠网格技术实现。将非定常流动中螺旋桨(DTMB 4381)的空泡计算结果与试验结果及现象进行了对比,验证了数值计算模型的准确性。计算中对不同升沉运动周期下的螺旋桨非定常推力及扭矩系数进行了分析,同时对螺旋桨的空泡性能进行了实时监测。计算结果显示,升沉运动使螺旋桨的推力和扭矩系数的非定常特性更加明显,同时导致螺旋桨各叶片上的空泡分布不均匀;升沉运动周期越小,上述现象越明显。同时较小升沉运动周期时,推进系数和空泡面积均为周期性变化,其变化周期均为升沉运动的1/2,螺旋桨空泡面积最小值较无升沉运动时增大约17%,空泡面积最大值则增大约57%。     

直升机尾桨/尾梁耦合动稳定性分析

根据激振实验数据,应用加速度响应频响函数方程组求解尾桨毂中心处的各阶模态频率,采用加速度导纳圆方法求得尾梁在尾桨毂中心处各阶模态的质量、阻尼和刚度。利用特征值方法分析了尾桨/尾梁耦合共振动稳定性。结果表明,尾梁纵向和垂向一阶模态是可能与尾桨摆振后退型模态产生耦合共振的危险模态,提高尾桨减摆器储能模量和尾梁一阶固有频率有利于提高系统稳定性。     

叶片盘的旋转失速振动响应分析

稳定气动力状态下的叶片盘的模型由连续系统组成。利用弹性和波动理论以获得叶片盘响应。响应是带有波动模态阻尼的模态解。由模态解,可以得到共振相对转速的表示方法和解释试验中的某些现象,此外,讨论了在气流稳定和失速状态下的广义共振情况。最后得出的结论是:在均匀稳定气流中不出现波动响应,但在失速流动下,波动响应呈随机的波动振动,而此时不产生驻波共振。     

飞机地面转弯和刹车响应动力学分析

 建立了飞机地面运动的数学模型,模型中考虑机体的六自由度运动和起落架弹性;基于滑移率控制方式建立了机轮防滑刹车模型。通过仿真得出了飞机地面匀速转弯和滑跑刹车的动态响应。其结果表明,飞机匀速转弯时,其峰值出现在初始非稳态时刻;弹性起落架在着陆和刹车过程中产生走步现象;采用滑移率控制方式使飞机在整个刹车过程中取得最佳刹车性能。     

振动监测在轮盘低循环疲劳试验中的应用

振动加速度值在轮盘低循环疲劳试验中，是判断轮盘是否产生较长裂纹的一个重要指标。燃气涡轮研究院在其SB804轮盘低循疲劳劳动试验器上进行过多个轮盘的低循环劳动试验，其中有2个压气机盘和3个涡轮盘产生了较长的裂纹。根据这5次疲劳试验中实际记录的振动加速度的变化值说明：在轮盘的低循环疲劳试验中，可以通过监测振动峰值的变化来判断轮盘是否产生较长的裂纹。     

吊挂飞行对重型直升机空中共振稳定性的影响机理分析

飞行员驾驶重型直升机完成飞行任务时，可能出现与机体弹性变形有关的空中共振问题，且在吊挂飞行时会加剧，因此通过刚弹耦合建模与分析指出了重型直升机吊挂飞行时可能导致空中共振的3个耦合模态：旋翼摆振前进型-机体垂向弯曲耦合模态；旋翼-机体-吊索耦合模态；摆振后退型-机体滚转耦合模态。研究了这3个耦合模态对重型直升机空中共振稳定性的影响机理。分析结果表明：第1个耦合模态在重载吊挂悬停时最容易导致空中共振，而第2个耦合模态在轻载吊挂飞行时对空中共振稳定性影响最大，它们都会涉及旋翼摆振运动与机体垂向弯曲变形的耦合，但第2种会出现明显的吊索伸缩运动；第3个耦合模态会导致空中共振稳定裕度在重载吊挂时降低18%。     

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式，发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术，首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人)；其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性；最后建立经试验验证的机身框段有限元模型，并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明，在6.02 m/s坠撞速度下，客舱地板上部区域基本保持完整，客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏，产生3处塑性铰；货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂，导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧，最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s²和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等，且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好，仿真结果表明机身框是主要的吸能部件，占总吸能量的40.7%；当机身框段撞击不同地面时，由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量，导致机身变形模式发生改变，并降低了传递给乘员的峰值加速度。     

架空输电线路风振试验研究

高压架空输电线路是集高耸和大跨度两种特征于一身的风敏感结构体系，在同荷载作用下，风振效率显著，为了给某高压架空输电线路设计提供了准确的风振系数并考查输电导线对塔架风振的影响，按照空气动力弹性相似准则设计制作了输电塔架气动弹性模型，根据能量平衡原理，模拟了塔架两侧的输电导线和地线，在大气边界层风洞中进行了风振响应的试验研究，获得了塔架风振响应等重要数据。并给回归分析了得到了塔架风振系数的数学表达式。研究表明，塔架加速度响应随风速增加而增大，铁塔横向向架速度响应和顺风向加速度响应处于同一数量级，塔架设计和理论计算时应同时考虑顺风向和横向的振力；导线对铁塔风振的影响程度与风向角有关，但就整体而言，可以忽略该影响。     

大飞机典型货舱下部结构冲击试验及数值模拟

针对大飞机全尺寸三框两段货舱地板下部结构，分别进行3.95 m/s和5.53 m/s的落重冲击试验，对比分析其变形模式和冲击响应特性。建立货舱地板下部结构有限元模型，通过仿真结果与试验结果的相关性分析来验证有限元模型，并进一步分析不同冲击速度对货舱地板下部结构变形模式和冲击响应特性的影响。结果表明：在3.95 m/s冲击下，中间支撑件与机身框连接区域铆钉未发生失效，在5.53 m/s冲击下，中间支撑件与机身框连接区域铆钉发生失效，且最终压缩位移量增大221.0%,最大加速度峰值降低19.9%,最大冲击力峰值降低2.9%。有限元模型能够很好地复现冲击试验过程，准确模拟机身框、中间支撑件及C型支撑件等变形情况，捕捉到中间支撑件与机身框连接区域的铆钉失效情况，在3.95 m/s和5.53 m/s冲击下，仿真与试验获得的最大加速度峰值偏差分别为4%和11.4%。中间支撑件与机身框连接铆钉在4.0～4.5 m/s的速度区间内发生失效，导致货舱地板下部结构整体压缩量迅速增大，中间支撑件吸能占比下降，机身框吸能占比上升。撞击区域铆钉失效对货舱地板下部结构变形模式、冲击响应和吸能特性有显著影响，研究成...     

狭义相对论在变速运动的推广及其运动学效应

根据爱因斯坦的光速不变与相对性原理,特建立在匀速运动的狭义相对论推广到变速运动情况。详细推导了变速运动的洛伦兹变换和速度相加定理;证明光速与变速运动的方向若不相同或相反,则爱因斯坦的光速不变原理将不再成立;还证明变速运动时(匀加速情况),物体的相对速度在理论上可以超过光速,具体给出了此时所需的加速度值与最低持续时间的对应关系;系统研究了变速运动的相对论运动学效应(如:距离间距、时间间距、同时性、多卜勒效应等)。利用变速运动新的多卜勒效应关系,可精化现行雷达测速原理;最后给出例示,以证明此文作用。 此文的原理推广,能方便退化出现行狭义相对论有关全部结果。对从全过程(初始加速、匀速、最后减速)考察目标飞行、粒子试验等,具有良好适应及准确性,因而,在理论及应用上具有重要意义,某些异常结论,会引起学术界的兴趣。     

坠撞环境下乘员伤害分析及飞机适坠性评估

为了分析坠撞环境下的机身框段和客舱乘员的动态响应以及乘员伤害情况,开展了大型飞机典型机身框段（含2套三联座椅及4名乘员假人）在6.02 m/s速度下的垂向坠撞试验,获得了机身框段结构坠撞及乘员坠撞响应数据,进行了机身框段结构坠撞破坏及乘员伤害分析,并通过可生存空间、系留强度、乘员损伤、应急撤离4个方面对飞机适坠性进行评估。坠撞试验结果表明,客舱地板下部结构发生较大变形与破坏,在货舱地板下部结构中间支撑件区域和两侧客舱地板支撑立柱与机身框连接处产生3处塑性铰;客舱区域基本保持完整,可生存空间得到保持;座椅与客舱地板导轨的连接保持完好,且乘员安全带保持在原位;乘员假人头部伤害判据最大值为31.47,腰椎压缩载荷最大峰值为3 997.2 N;乘员假人向过道倾斜,过道仍保持通畅。通过飞机适坠性评估,在6.02 m/s的垂向坠撞速度下,乘员伤害风险较小。