e化系统——新一代民机应用的创新技术

e化系统是近年来新型民机应用的创新技术。本文简要介绍了e化系统的概念,功能和主要组成。     

民机结构修理补片参数化建模方法与强度评估

为实现民机结构超手册修理方案的快速制定与强度评估．提出了一种金属补片有限元模型的参数化建模方法。该方法使用MSC．PATRAN中的PCL语言建立结构局部细节有限元模型,并从飞机结构整体模型中提取出补片区域的载荷与边界条件,作为局部细节模型的分析边界条件,计算出紧固件的载荷,进而实现对补片强度的评估。算例中给出了两种快速...     

油箱惰化空气预处理系统优化仿真分析

基于AMESim仿真平台搭建了油箱惰化空气预处理系统性能仿真模型,建立了飞机飞行状态参数模型,通过改变换热器换热效率、涡轮流量等参数对系统进行动态优化仿真分析,得到了适用于全飞行剖面的性能模型,保证空气预处理系统在飞机起飞、爬升、巡航、下降等所有飞行阶段,出口温度能够控制在75℃±5℃温度范围内.基于仿真模型,对控制模...     

强瞬变空气系统的模块化仿真建模

提出一种针对强瞬变空气系统的模块化建模方法,该方法将空气系统模型分解为由规范接口互联的4类基本元件,并考虑了空气系统强瞬变过程中容腔效应和气体惯性力的耦合影响.基于面向对象的技术开发了仿真程序,并使用公开的数据对模型进行验证.结果表明:该仿真模型能够正确模拟空气系统强瞬变过程中的局部逆流、压力波传导、多容腔耦合振荡等毫秒时间量级物理现象,不仅如此,其模块化的设计特征也为进一步耦合精细的空气系统元件和建立复杂空气系统网络奠定了基础,该模块化仿真方法在航空发动机空气系统的复杂动态响应特性和机理的研究中具有切实应用前景.      

耦合空气系统的燃气轮机拓扑自构建建模方法

为了实现通用性强、可扩展性好、灵活高效的整机性能模型通用建模,提出了一种拓扑自构建的燃气轮机整机性能通用 建模方法。基于面向对象思想,采用模块化技术构建通用部件库,再通过拓扑接口关联部件组成整机模型,建立了适用于不同燃 气轮机类型的整机性能仿真模型。耦合了多支路复杂空气系统迭代求解模型,将其作为部件嵌入整机模型,以取代现有的定比例 引气量计算方法。采用跨平台图形开发框架及图像可视化技术,开发了人机交互友好的整机性能预测平台。采用典型双轴燃气 轮机算例,与试验结果进行了对比验证。结果表明：对于动力涡轮出口温度,采用恒定引气比方式和当前耦合方法的计算结果与 试验结果对比得到的最大误差分别为3.36%和1.31%;对于出口压力的计算在多数工况下的计算精度也有所提高。提出的拓扑自 构建的燃气轮机整机性能通用建模方法实现了部件自由搭建及整机拓扑自构建,且耦合空气系统后,整机性能仿真精度显著 提高。     

浅析A320飞机油箱空气惰化系统及维护

通过研究FAA对于燃油箱抑爆适航条款的要求以及推荐的油箱抑爆惰化系统,重点分析并阐述油箱惰化系统的构架和原理,并对惰化系统各子系统的功能和维护方式进行简要论述。     

基于ANSYS的涡轴发动机组合压气机转子参数化仿真系统的开发

分析了涡轴发动机组合压气机转子的结构特点和设计特点,并将参数化设计思想引入到组合压气机的设计分析中,利用ANSYS提供的APDL和UIDL开发工具,开发了涡轴发动机组合压气机参数化有限元分析系统,实现了某涡轴发动机组合压气机转子各级叶片、各级轮盘、各级叶盘以及整级组件的全参数驱动的有限元建模及分析.     

民用飞机空调系统仿真分析

建立了系统主要部件数学模型,利用Matlab/Simulink平台开发了系统部件仿真模块、驾驶舱/客舱热载荷等模块,并搭建了某民用飞机空调系统仿真模型.在某国产商用飞机空调系统上加装了测试装置,并进行试验测试.通过仿真分析及试验结果比对发现,参数误差在2%以内,由此表明:建立的仿真模块具有较高的精度,提出的建模方法合理有效,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有较高的使用价值.      

某大型国产客机发动机空中测试平台引气模拟系统设计

发动机空中测试平台中的引气模拟系统是国产大型客机进行适航验证的关键试验系统,由于在实际中无法建立完整的用气系统实物模型,如何准确复现真实引气工况中关键参数的动态变化过程,已成为国产大型客机引气模拟系统设计中的瓶颈。利用孔板限流方法,开发引气系统控制器,设计和研制一套发动机空中测试平台引气模拟系统;利用地面台架试验进行引气模拟系统验证,并与真实飞机数据进行对比。结果表明：测试发动机的引气模拟系统具有和某大型客机引气系统相同的引气特性,满足大型客机发动机 CCAR33 部取证的引气模拟需求,实现了对发动机引气温度、压力和流量进行调节和监控。     

民用飞机防火系统适航审定技术分析与研究

火灾是影响运输类飞机安全运行的重要因素。飞机的防火系统为应急系统,通过对飞机的指定防护区进行探测、监控和报警并提供有效灭火,以保证飞机和机上人员的安全。鉴于此,防火系统与民用飞机的安全运行密切相关,也是适航条款要求的内容。旨在为民用飞机研制适航审定人员提供参考,同时也为防火系统适航审定工作提供相应的技术支撑。在分析民机防火系统功能要求和设计架构的基础上,依据中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准(CCAR-25-R4-2011)的相应条款要求,分析了飞机防火系统可接受的符合性方法及防火系统验证试验中可接受的判据,给出防火系统在适航审查中的技术交联与工作协调。针对防火系统所涉及的各项条款,为局方提供了适航审查工作需要关注的审定要素和评审要求。研究有助于支持民机防火系统的安全设计与适航验证。     

翼身融合布局客机总体参数分析与优化

在翼身融合布局客机总体设计阶段,为评估设计方案的总体性能,建立了翼身融合布局客机总体参数综合分析与优化平台,该平台以翼身融合布局客机的几何参数为输入,完成动力、几何、重量、气动、性能和经济性等模块分析,并以此为基础建立优化设计模型。为快速评估设计方案的性能及优化设计效果,动力分析模块采用了部件级分析模型,重量分析模块采用半经验估算方法,气动分析模块采用面元法结合工程估算方法,性能分析模块采用简化运动学方法,优化模型采用可并行计算的子集模拟优化算法。以某555座级翼身融合布局客机方案为例,应用开发的分析与优化平台,完成了总体参数分析,结果表明分析模型合理。在此方案的基础上,以客机的外形参数和发动机海平面最大推力为设计变量,分别建立了以最大起飞重量最小为目标的单目标优化,以及同时以直接使用成本和进场速度最小为目标的多目标优化,单目标优化结果最大起飞重量降低了约7.17%,多目标优化结果表明直接使用成本降低8.77%的同时进场速度会增加3.32%。     

基于联合仿真的飞机空调系统故障影响

飞机空调系统是飞机的重要组成部分,由于其在飞行过程中环境和工作参数变化较大,易于受到多种因素的影响而成为故障率较高的飞机系统之一。飞机空调系统故障主要发生在飞行过程中,在地面状态难以复现,因此基于联合仿真的飞机空调系统故障影响分析对飞机设计验证和地面维修具有重要意义。首先根据飞机空调系统原理建立了冲压空气进气口模型、发动机压气机模型、压力调节与预冷组件模型、制冷组件模型;然后基于AMESim-Simulink联合仿真平台,模拟飞行过程中空调系统组件性能动态变化过程;最后对典型故障如预冷器泄漏、预冷器空气活门卡死、压力传感器冲击、冲压空气进气作动筒卡死等故障进行模拟,再现了飞行过程中空调系统故障情况,分析了空调组件性能的变化过程。     

翼身融合布局民机高低速协调设计

翼身融合（BWB）布局作为一种创新的布局形式,成为未来民用飞机发展的热点。与传统布局相比,BWB布局具有综合优势,是以安全性、经济性、舒适性和环保性为发展目标的下一代大型民用飞机的理想布局。针对BWB布局低速飞行性能不易满足"绿色航空"发展目标的技术现状,分析当前BWB布局高低速综合设计中出现的问题和面临的挑战,提出了改善低速性能的应对策略。通过总体参数对高低速性能的影响规律研究,分析了影响高低速协调设计的各种因素,指出翼载是影响高低速协调设计的核心参数。基于项目组长期研究工作,提出了综合考虑高低速性能的BWB布局设计要求,建立了高速向低速适当妥协,综合平衡高低速矛盾的设计思想,给出了由三点技术措施构成的高低速协调设计原则。根据本文提出的高低速协调设计思想和设计原则,采用多学科综合优化和气动综合设计方法,进行了概念方案的高低速协调设计,获得了高低速协调、综合性能优异的概念设计方案。CFD分析和风洞试验验证结果表明,协调设计后的概念方案,在保持优异巡航性能的同时,显著提高了低速性能,降低了对增升能力的需求,减小了高升力状态力矩平衡措施的设计压力,达到了保证巡航效率和提升低速性能的协调设计目标。本文提出的高低速协调设计思想和设计原则为提升BWB布局低速性能提供了新的思路和方法,可应用于翼身融合类民机布局研究,并可为其他用途翼身融合类飞机设计提供参考。     

翼身融合民机总体气动技术研究进展与展望

翼身融合（BWB）布局作为下一代亚声速民机主流方案已得到共识,研究步伐正在加快,进入工程应用指日可待。在回顾国内外BWB民机发展历程的基础上,简要阐述了飞翼布局（FW）和BWB布局的差异,明确了BWB概念特征及应用范围。聚焦BWB飞机总体气动设计中的技术挑战和对策,重点论述分析了BWB布局技术瓶颈及设计思想演化,新型结构与重量估算、适航符合性等总体设计问题,气动布局设计原则、高-低速性能协调等气动布局设计问题,飞-发干扰与一体化设计、新型发动机技术应用等飞机-发动机综合集成设计问题,降噪技术及其衍生的设计冲突、考虑噪声指标的总体设计策略等问题。并从技术进展和工程可实现性角度,展望了BWB民机的发展趋势。     

某型飞机机翼防冰系统计算分析

主要针对某型飞机机翼的热气防冰系统计算分析,得到水滴直径变化对撞击极限的影响,飞行马赫数变化对机翼表面换热系数的影响,分析了不同飞行高度湿表面和干表面的温度分布.结果表明水滴撞击区随着水滴直径增加而增大;机翼表面的换热系数随飞行马赫数的增加而增加;在相同计算条件下,干表面温度比湿表面温度要高.对多个典型截面以及其在不同飞行状态的计算结果表明,在给定的计算条件下,4km及7km时防冰系统工作都是有效的,7km时表面部分位置湿表面温度低于0℃.      

大型客机低速构型高雷诺数风洞腹撑支架干扰数值模拟

风洞到飞行相关性修正是获取现代大型客机低速气动特性的重要手段,通常采用增压提高风洞试验雷诺数,而支架干扰修正是该修正体系的一个关键环节。采用数值模拟研究了增压风洞腹撑的支架干扰,并分析了腹撑对飞机各部件的干扰及其对风洞流场的影响。通过数值模拟与风洞试验对比,表明升力系数相差0.006,阻力系数最大相差0.001 2,俯仰力矩系数最大相差0.01,验证了CFD数值模拟方法的可靠性。CFD计算结果表明：腹撑使得全机升力增加、阻力减小,俯仰力矩增加;腹撑对升力影响的主要部件是机翼,腹撑使得风洞中心以上动压增加,提升上翼面流速,从而增加了机翼的升力;与传统认识不同的是腹撑对阻力影响为负,且主要影响部件为缝翼,原因为缝翼下偏使得法矢分量向前从而减小了阻力;腹撑对俯仰力矩影响的主要部件是机身及平尾。研究结果揭示了腹撑对飞机气动特性影响的量级、主要影响部件及其流场变化,可为支架干扰数据修正及支架优化设计提供参考。所得结论可更好用于支架干扰试验的开展及风洞到飞行数据的修正,具有一定的工程实用性。     

飞机热气防冰系统与冰脊预测的数值模拟

基于流固耦合传热的思想建立了一套飞机热气防冰系统的的数值模拟方法,并将其与积冰热力学模型结合起来,实现了热气防冰系统开启时的机翼积冰预测.采用格心格式有限体积法求解N-S方程获得防冰腔与外流场;通过欧拉法在外流场的基础上获得过冷水滴撞击特性;求解三维热传导偏微分方程获得蒙皮的传热特性;采用交接面插值的方法实现防冰腔到外流场的热量传递;建立了考虑三维溢流效应的积冰热力学模型并在此基础上开展了机翼冰脊的数值预测.数值模拟结果表明:热气防冰系统开启时加热机翼表面温度最高可达308K,加热区后的上下机翼表面均有冰脊形成,通过对结果的分析表明该方法是合理可行的.