RAT系统作动筒阻尼孔的设计与仿真技术

冲压空气涡轮（Ramjet air turbine,RAT）在紧急情况下释放能够为飞机提供所需的电能和液压动力,从而保证飞机安全。RAT系统能否在规定时间内顺利释放是保证飞机安全的关键,其释放速度主要靠作动筒的阻尼孔来控制,但是目前国内在RAT作动筒阻尼孔的设计方面缺乏研究。为此,利用仿真技术,开展了RAT系统作动筒阻尼孔的设计研究。首先根据RAT作动筒的结构和工作原理,使用AMESim建立了RAT作动筒模型,并验证了模型的正确性。AMESim是一种基于物理模型的建模仿真平台,其中包含液压元件设计库、动力传动库等,在液压系统的建模仿真方面应用十分广泛。然后通过仿真试验,研究了阻尼孔的设计对RAT释放时间的影响规律及程度。最后,针对支线飞机和小型飞机的RAT释放时间要求（0.6~0.8 s）,对阻尼孔进行了最优设计,从而为RAT系统作动筒阻尼孔的设计工作提供支持。     

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。     

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。     

多种组合动力方案性能对比研究

针对目前国内外不同的TBCC组合动力概念方案进行了性能对比研究,主要包括:涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机、涡轮/引射冲压/双模超燃冲压组合发动机、射流预冷涡轮/双模态超燃冲压组合发动机和空气涡轮火箭/双模态超燃冲压组合发动机。通过发动机性能计算,获得了不同方案的高度、速度特性;基于马赫数6.5高超声速巡航飞行器相同的飞行任务和气动特性,计算比较了不同动力方案的飞行器航程、巡航距离和加速时间等性能参数。结果表明:涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机在4种方案中比冲最高;在相同的翼载和起飞推重比下,涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机具有最大的航程和巡航距离,但爬升加速时间最长;空气涡轮火箭/双模态超燃冲压组合发动机的航程和巡航距离最短,但加速性能较高,爬升加速时间最短。     

飞机自主发电系统及其控制系统研究

由于目前飞机吊轮使用越来越多，吊舱内的电子设备供电问题越来越受到重视。由于我国原型飞机发电机容量有限，而随着飞机用途的改变，吊舱中机载电子设备的用电量通常需要几千瓦以上，直接从飞机上提供有相当大的难度。因此，有必要研究利用飞机冲压空气带动涡轮发电供给吊舱内的电子设备。这种方案虽然增加了飞机的阻力，但改善了吊舱供电状态，在军用飞机的特殊使用方面有积极的推动作用。     

一种高温瞬时灭菌民用飞机空调系统（英文）

飞机座舱是一个狭小的封闭空间环境,空调系统的供气品质关系着舱室乘员的健康。为了保障新型冠状病毒(2019-nCoV)疫情期间飞机座舱内乘员的健康安全,本文提出了一种新型的高温瞬时灭菌空调系统(Ultrahigh-temperature instanteous sterilization air conditioning system,UHT-ACS)。在此基础上,对不同飞行状态下的UHT-ACS系统和传统飞机空调系统(Air conditioning system,ACS)进行了仿真计算。通过分析可知,UHTACS系统中的座舱再循环空气与高温高压的发动机引气相混合后,混合空气温度可达148.8℃,从而实现高温瞬时灭菌的目的。当热天UHT-ACS系统进行制冷时,系统送风温度为12℃左右,当冷天UHT-ACS系统进行加热时,系统送风温度为42℃左右,满足飞机空调系统的要求。通过与传统飞机空调系统的对比可知,当系统新风量为60%,再循环空气为40%时,本文提出的新型UHT-ACS系统供气温度与传统飞机空调系统供气温度一致,并且UHT-ACS系统的涡轮出口空气温度要高于传统飞机空调系统,这有助于降低涡轮出口结冰的风险。因此,本文提出的新型UHT-ACS系统可满足飞机不同飞行状态下的空气调节需求,能够为飞机座舱提供安全供气。     

基于Modelica仿真的RAT作动筒故障原因分析

冲压空气涡轮(Ram air turbine,RAT)作动筒属于飞机应急备份系统的一部分,故障检测数据少;且由于其属于机电液混合的复杂系统,故障原因隐蔽,因此难以确定导致RAT作动筒故障的原因.针对以上问题,提出了基于Modelica仿真的RAT作动筒故障原因分析.首先,根据RAT作动筒的结构和工作原理建立其Model...     

动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统优化设计

基于典型飞行剖面分析计算,对目前电子设备吊舱所应用的各种环境控制系统进行了简要介绍,并分别分析了其优缺点.通过比较指出:动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统是适用于电子设备吊舱冷却的有效方案之一.此系统在保证冷却涡轮处于设计工况的条件下,让部分冲压空气通过动力涡轮,因此,不会有非设计工况下冷却涡轮效率下降的问题,可以获得较大的制冷量.本文建立了该系统及各附件的数学模型,确定了系统设计计算方法,并分别以系统质量最小和性能系数最高为优化目标函数,提出了系统优化设计方法.     

混合并联TBCC动力的冲压流道跨声速流动及阻力特性

为了探究跨声速飞行工况下混合并联涡轮基组合循环(Turbo based combine cycle,TBCC)动力的冲压流道在冷通气状态下的流动及阻力特性,构建了一个巡航马赫数为4.0、基于混合并联TBCC动力的高马赫数飞机模型,通过三维定常数值模拟方法研究了其在Ma_∞=0.7～1.6,H_∞=11 km飞行环境下飞机-发动机内/外流动及其耦合特征。计算结果表明：跨声速状态下,冲压进气道入口处气流增压后的静压达到了自由来流滞止压力的85%～90%,气流接近于滞止状态,说明组合进气道存在强烈的节流效应,且冲压通道的喉道是组合进气道节流效应的主要贡献者;冲压发动机尾喷管的排气流动同时受到飞机绕流及涡轮通道排气系统等多方面的干扰,且涡轮通道排气射流对冲压发动机尾喷管气流本身就存在膨胀压缩及排气引射等多种干扰机制。阻力分析表明,压差阻力系数高出内表面摩擦阻力系数2个数量级,是跨声速状态下冲压流道阻力的主要来源;亚声速状态下,进气道阻力占比达到了60%～80%,是冲压流道的主要阻力部件,而Ma_∞> 1.0超声速状态下,进气道阻...     

飞机尾流涡旋的速度模型分析

为了避免在起飞和着陆过程中遇到危险尾流,空中交通管理规则中规定了安全尾流间隔.本文基于独立的涡旋原理,依据空气动力学原理和基本的统计学基础建立了尾流强度和尾流速度模型,反映了尾流从产生到衰退的整个生存周期,研究了飞机重量、涡旋几何范围和尾流的生存时限等影响参数.提出了尾流速度在机翼翼尖处的最大速度约19 m/s,尾流涡旋的最大生存时限在2 min左右,尾流涡旋强度随时间变化而减弱,涡旋半径随时间变化而增大.研究表明,尾流涡旋将产生大量的旋转力矩和垂直移动,甚至在当前规定的间隔中,由飞机产生的涡旋力矩也使飞行员操纵飞机变得困难.     

飞机主起刹车冲压空气冷却系统性能分析

从理论分析和试验研究两个角度研究了冲压空气冷却主起落架刹车系统性能随飞行条件、起落架舱反压等的变化。理论分析部分由冲压空气冷却系统进气口处的附面层理论，推导出冲压空气经过进气口的压力恢复系数，从而得到冷却系统各部分分流量的变工况特性。为验证理论分析结果，进行了冲压空气冷却系统的全尺寸模拟试验。试验结果与理论分析结果进行比较后发现两者基本吻合，说明了理论分析方法的正确性，因此本文提出的理论分析方法可为设计主起刹车冲压空气冷却系统提供理论指导。     

逆升压电子设备冷却系统的微机控制

逆升压电子设备冷却系统具有两种冷却方式─—冲压空气冷却方式和空气循环冷却方式，必须要有一套控制机构来自动选择系统的冷却方式。文中分析了以往的机械传动控制方法和基于三点温度的微机控制方法，并指出这两种控制方法的缺点。最后提出一种新的基于飞行高度及马赫数的微机控制方法。     

一种变速风力机全风速范围发电策略

由于风力机系统复杂的机械阻尼和大惯量等强非线性因素的存在,增大了控制策略设计与实现的难度。同时,对于变速风力发电系统而言,风力机的转速控制器设计是实现发电控制策略的重要环节。本文首先分析了定桨距变速风力机全风速段的发电策略,针对传统方案所存在的问题,提出了新型的控制策略,该策略在不同运行状态之间的过渡过程迅速平滑,有效降低了系统的动态载荷;其次,基于现有的风力发电系统分析了定桨距风力机的小信号模型,推导了风力机系统的传递函数,并为转速控制环设计了P ID控制器;最后,通过仿真和实验,验证了全风速段发电策略的可行性和有效性。     

某型涡轮轴发动机慢车转速故障分析

某高原型直升机所装用的发动机在起动过程中出现压气机涡轮转速不能自动加速进入慢车状态,压气机涡轮转速悬挂在慢车状态以下,应急关停发动机起动不成功的故障.通过对起动程序、燃油控制和温度校正原理的分析,得出该故障的产生原因为温度校正器感温筒失效,可通过更换感温筒来排除该故障.     

某型航空发动机高压涡轮叶尖间隙数值分析

为提高现代航空发动机的性能和可靠性，国内外许多研究机构都先后开展了叶尖间隙控制技术方面的研究，而进行叶尖间隙的数值分析是其中的重要内容之一。本文采用有限元数值分析法，结合某型发动机高压涡轮，分析了叶片、轮盘和机匣的热－结构耦合变形及涡轮叶尖间隙的变化规律，得到了较为合理的计算结果。计算分析表明：在发动机快速加、减速的情况下，叶尖间隙的变化较大；涡轮叶片的热响应最快，涡轮盘的热响应最慢；发动机在采用了控制机匣温度的方法后，叶尖间隙得到了有效的控制。     

气泡推进型中空Janus微球运动特性的实验研究

本文通过Pt-SiO₂型（铂-二氧化硅型）中空Janus微球在低浓度2%~4% H₂O₂溶液中的气泡驱动实验，观察到在每个气泡生长-溃灭周期内，Janus微球的运动呈现3个特征阶段，分别为自扩散泳、气泡生长和气泡溃灭。其中气泡溃灭阶段微球在射流驱动下的推进速度可达每秒几十毫米，比前2个阶段的平均速度大2~3个数量级。实验观察到气泡生长阶段其半径与时间存在R_b~t1/3和R_b~t1/2两种标度率。由于气泡在Janus微球催化剂表面（Pt侧）的生长点偏离对称轴位置，Janus微球的运动轨迹呈圆周形。随H₂O₂溶液浓度的增加，还可以进一步提高Janus微球的运动速度。此研究不仅定量分析了Janus微球的运动特性，而且为实际应用中提高Janus双面微马达的运动速度和能量利用率提供了参考依据。     

37mm冲压加速器热发射试验初步结果

气动中心超高速所自行研制成国内第一座冲压加速器，并成功地实现了弹丸的冲压加速。文中首先给出冲压加速器的工作原理、国内外研究现状，以及３７ｍ ｍ 口径冲压加速器系统组成，最后给出了热发射不起动（ｕｎｓｔａｒｔ）和热发射实现冲压加速的初步结果     

Ejection Separation Characteristic Analysis of Parachute Container Cover from Return Capsule for Lunar Exploration

The parachute container cover ejection separation is the first and foremost motion for the return capsule recovery system, which is related to the success of a recovery system. Adopting the computational fluid dynamics （CFD） simulation and flight dynamics coupling method, the parachute container cover ejection separation is simu lated. The rationality of the ejection separation speed and dynamic characteristics of the separation process is ana- lyzed. Meanwhile, the influences of angle of attack, Mach number and ejection separation speed on the parachute container cover ejection are also investigated. Results show that the ejection separation speed design is reasonable. It has a certain design margin for parachute container cover to escape from the wake region, and to pull out the drag parachute completely. The results may provide a theoretical basis for recovery system engineering design of the lunar exploration project.     

Friction Behavior on Contact Interface of Linear Ultrasonic Motor with Hard Contact Materials

How to improve the efficiency of the linear ultrasonic motor with hard contact materials(HLUSM)or the precision motion stage driven by HLUSM,becomes a hot issue.Analysis and testing of friction behavior on the contact interface of HLUSM is one of the key issues.Under the action of ultrasonic vibration and impact,the friction behavior on contact interface is very complex due to micro-amplitude and high frequency.Moreover,it is difficult to observe and test it.Focusing on the frictional behavior on the interface of HLUSM,a new method,through testing the vibration of the driving tips(scanning vibrometer PSV-400-3D)and the motion of the slider(displacement sensor LK-G30),respectively,is proposed.Then,take the HLUSM as an example,theoretical analyses and experiments are carried out.Theoretical analysis shows that the average speed of the slider should be 600 mm/s when there is no slippage between the stator and slider during the contact process.Experimental results show that the average speed of the slider is about 390mm/s.At the same time,the tangential vibration speed of the driving tip of HLUSM is larger than 600 mm/s.Therefore,there must be slippage between the stator and slider of HLUSM.Further experimental results show that the maximum efficiency is less than 10%.The slippage on the contact interface should be the main reason for the low efficiency of HLUSM.