2.4m风洞大迎角机构结构设计与有限元分析

研制具有良好力学特性的大迎角机构,是解决先进、高机动飞行器武器大迎角气动力问题的关键技术之一.阐述了2.4m风洞大迎角机构结构形式,同时应用MSC/NASTRAN有限元软件,对其强度、刚度和动态特性进行了有限元分析,获得了大迎角机构在最大气动力载荷作用下的结构应力和变形,以及自由振动时的模态频率和模态振型.计算结果表明:大迎角机构本身结构强度、刚度富余;固有频率远离气流脉动频率,表明其具有较好的动态特性;该机构结构形式合理可靠.     

有限元动力模型优化的一种方法

本文研究以振动试验测得的飞机结构的固有频率为目标值的有限元动力模型的优化问题。应用了一种迭代优化法,该方法基于动力平衡方程以及正交性。通过修改刚度矩阵的元素来优化,使计算出的固有频率与试验测得的频率值基本一致,并成功地应用于无人机水平尾翼模型上,效果良好。     

复合材料层合板的动态非线性分析及优化设计

分别采用经典薄板理论、一阶剪切变形理论及高阶剪切变形理论对复合材料层合板进行动态非线性分析。根据位移场导出层合板的虚应变能、虚动能及虚功,由虚位移原理得出层合板的控制方程。结合Navier三角函数解求出四边简支层合板的固有频率;将纤维铺设角、跨厚比、弹性模量比对固有频率的影响进行比较分析;基于高阶剪切变形理论,用改进的适应度函数遗传算法对复合材料层合板的固有频率进行优化设计。结果表明:同经典薄板理论和一阶剪切变形理论相比,高阶剪切变形理论更能精确地预报结构的固有频率,优化后的层合板固有频率明显提高。     

高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构设计优化（英文）

为满足直升机传动系统对复杂工况下齿轮轻量化设计的迫切需求,提出了一种高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构的设计优化方法。基于考虑应力约束的变密度法,对锥齿轮辐板进行了拓扑优化与重构,得到一种新颖的突破传统构型的高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构。在传统粒子群优化（Particle swarm optimization,PSO）算法的基础上,引入马尔可夫链和进化因子,自适应地选择跳变策略和延迟信息,进而发展了智能先进的时滞跳变粒子群优化（Switching delayed PSO,SDPSO）算法,并将其应用于斜向支柱锥齿轮辐板结构的尺寸优化。优化后,锥齿轮辐板质量共减小了19.24%,所有工况的最大von Mises应力共减小了7.27%,各工况应力分布更加均匀,证明了所设计的锥齿轮辐板的结构优势和所提出的设计优化方法的先进性。     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于模态灵敏度的风力机复合材料叶片结构优化（英文）

提出了一种叶片全尺寸结构设计方法,该方法采用遗传算法确定叶片铺层厚度的最佳分布,从而使得叶片弯曲刚度最大化。采用数值微分法求解了叶片模态频率对叶片各子区域铺层厚度的灵敏度数值。选择了叶片一阶挥舞与摆振模态固有频率作为优化目标,基于模态灵敏度探究了各子区域铺层厚度对其挥舞与摆振刚度的影响,并筛选出了14个显著设计变量来驱动叶片结构优化。最优化结果显示叶片一阶挥舞与摆振频率分别提高了12%和10.4%,表明基于模态灵敏度的结构优化方法是一种提升叶片结构性能更为有效的方法。     

激光冲击成形TA2钛合金板的变形与残余应力

利用脉冲能量为10~50 J、脉宽为22 ns的高功率N d∶G lass激光器,对TA 2钛合金板进行单次激光冲击成形实验研究,探讨了工件支撑座内径、90°顶角凸模的顶部圆弧半径等条件对钛合金板成形的影响。研究表明,当板材底部无约束支撑时,板材的最大变形量随支撑座口径的增大而减小,且板材凹凸面的表面残余应力都是压应力;当采用凸模冲击成形时,板材的最大变形量随凸模圆弧半径的增大而减小,但表面残余应力变化趋势不明确,有时为压应力,有时为拉应力。     

悬浮导向用板形弹簧优化设计研究

悬浮导向是一种新型的阀门导向结构,悬浮导向结构设计的关键是板形弹簧的设计。本文首先分析了板形弹簧的力学模型、有限元计算模型,然后以Abaqus软件为基础,以板形弹簧的径向刚度为优化目标,以轴向刚度、安装区域为边界条件,对设计参数进行了优化分析。然后根据设计经验,对应力集中部位几何轮廓进行了修改,减小了最大工作应力。最后以轮廓尺寸为优化参数,以应力最小为优化目标对轮廓进行了优化。本文的分析过程、结果为板形弹簧的设计提供了有价值的参考。     

两对边简支变厚度矩形板横向自振频率的渐近解法

对于变厚度矩形板,其横向自振方程是以变系数的四阶偏微分方程表示的,由于数学上的复杂性,只能近似解之。本文提供了一个求解两对边简支变厚度矩形板横向自振频率的渐近解法,给出了其横向自振方程的一级渐近解。最后以四边简支变厚度矩形板为例,求得了一级近似固有频率的计算公式。固有频率的计算非常简单,且精度可满足实际工程的需要。     

凸轮弹性连杆复合机构的动力学修改

本文以胶印机递纸机构为研究对象,该机构为一两自由度凸轮连杆复合机构。在建立该机构运动弹性动力学（ＫＥＤ）有限元分析模型和现场袂测固有频率的基础上,提出了一种利用实 固有频率数据修正复合机构有限元动力模型的方法。其基本思想是利用机构各个运动位置上的固有频率实测值与有限元模型的计算值之间的加权误差建立目标函数,然后利用优化方法使目标函数极小化,从而求出有限元模型参数的修正值。计算结果表明该方法是简便有     

机身加强框结构刚度优化设计研究

以某型飞机翼身结合加强框为例,利用有限元法进行其刚度性能的优化设计。首先,分析确定翼身结合框的可靠性安全载荷,建立全新的结构刚度模型,利用有限元法分析求解刚度指标。然后根据结构设计要求和限制条件,基于应力应变特性和拓扑优化分析结果,优选设计参数,提出改进模型。通过对比分析结果,表明模型改进达到了结构刚度优化设计的目的。     

飞翼无人机机动飞行航迹优化和自生成方法

虚拟机动指令是飞翼无人机机动飞行的基础,是制导回路和控制回路必要的输入。为了生成合理虚拟机动指令,提出了优化基本航路—建立机动数据库—战场信息匹配输出的机动飞行航路生成方法。由于复杂的机动动作可由基本机动动作组合而成,本文以飞翼无人机基本机动飞行动作为优化研究对象,提出了以飞翼无人机控制量变化率为优化参数、航迹片段建立约束条件的无人机机动航路优化方法。其中,机动飞行控制量变化率体现了无人机控制能力的限制;航迹片段约束体现了航迹准确和操作柔和的要求,并对无人机的筋斗、滚桶、盘旋机动进行了优化计算,介绍了机动数据库建立的方法。最后,以机动目标跟踪和有人机追击为设定进行了仿真,结果显示所提方法有效。     

基于速度矢量场的无人机实时动态航路规划

针对局域动态环境中无人机实时航路规划展开研究,提出了一种基于速度矢量场的二维动态实时航路规划方法。通过建立不同空间特征区域速度场模型,实现了速度场驱动下的无人机航路规划。文中采用虚拟目标点法解决了速度矢量场航路规划局部陷阱问题;采用探测步长法,实现了无人机机动约束的融合,解决了航路可飞性问题;在动态实时规划应用中,确立了环境信息更新方法,实现了对动态环境的描述。通过仿真验证,表明速度矢量场法能够根据动态环境信息及时规避威胁到达目标点,算法具有良好的完备性和实时性,适用于局域动态环境中的快速航迹规划。     

小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析

绳钩回收作为小型固定翼无人机的一种精确定点拦阻无损回收技术,近年来在国内外得到迅速发展。本文以某型无人机的绳钩回收系统为研究对象,对绳钩回收系统进行了参数化处理并建立了两种动力学仿真模型。一是在考虑回收架柔性基础上建立了基于Lagrange方程的绳钩回收系统的动力学仿真模型,二是在考虑绳索变形和系统结构细节基础上建立了基于MSC.ADAMS的绳钩回收系统的多体动力学仿真模型。通过上述两种仿真模型的算例分析以及与某型无人机绳钩回收试验的测试数据作对比,验证了两种动力学仿真模型在绳钩回收系统不同设计阶段的适用性和有效性。     

QFD技术在无人机研制质量控制中的应用

以无人机为研究对象,利用质量工程技术-质量功能展开(Quality function deployment,QFD),采用ASI阶段分析法和相关矩阵形式进行分析计算,从军方无人机需求,逐步转化为技术需求、工艺特征,确定无人机的质量控制方法,以保证军方需求的实现.通过分析和研究,给出了相应的质量保证措施和方法.     

飞行器控制软件的Statechart原型及其验证

为快速构建飞行器控制软件的系统功能与行为模型,以无人飞行器为时象研究了一种飞控软件的Statechart原型(简称SCP)及其验证技术。基于软件虚拟原型,该SCP采用形式化语言Statechart对飞控软件进行自顶而下的功能与行为建模。先通过顶层模块定义系统的入口与主流程,接着构造两个并发的子模块：主控模块描述飞行控制与设备管理的状态演变,定时控制模块完成控制输出的实时更新。之后分别从语法、功能及性能3个层面对SCP进行验证与测试,并给出相关实验。该SCP具有层次性、模块化、可视化、可执行和快速反应等特点,适用于各种复杂嵌入式系统(包括有人飞行器和高空高速无人飞行器的飞控系统)的软件规范设计。     

基于网络的无人机实时仿真系统软件

提出一种基于C/S结构的UDP网络便携式无人机半实物实时仿真系统,设计了嵌入式实时仿真软件、仿真控制与显示软件、网络通信软件.在由飞行控制计算机实物、电动舵回路实物和实时仿真设备组成的无人机半实物实时仿真试验环境下,对所设计的仿真系统软件进行全过程实时飞行仿真试验验证.验证结果表明,所设计软件功能正确,性能满足设计指标.     

Dynamic Analysis and Optimization of Pneumatic Wedge-Shaped Launcher for UAV

The constitution,structure,working principle and launching process of the wedge-shaped pneumatic launcher of an unmanned aerial vehicle(UAV)are described.By simplifying its physical model,two dynamic models of the UAV launch system are established based on Lagrange equation and MSC.ADAMS,respectively.The curves of the acceleration and the velocity of UAV changing with time are obtained.The simulation results are compared with the experimental results to verify the correctness of the model.Then,the influence of the parameters on the launch is explored.Finally,the system is optimized.The maximum overload and the acceleration fluctuation are reduced.     

多旋翼无人机飞行控制自动调参技术

目前,多旋翼无人机控制器设计问题中存在着大量的依靠经验的调参工作。为了使调参简单而又可靠,本文基于控制器参数与控制系统性能响应存在的对应关系,提出了自动调参思想。在满足控制器各项性能指标的前提下,利用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)提炼出优化目标和约束条件。对被控对象进行建模并搭建非线性模型。然后,利用工程实践方法估算出参数范围,并利用粒子群快速优化特点自动寻找在约束条件下符合性能指标的控制器参数。最后,通过Matlab/Simulink对模型进行仿真验证。仿真结果分析表明,PSD可快速准确地对飞行控制进行自动调参。     

变体无人机栖落机动建模与轨迹优化

对一类变体固定翼无人机栖落机动的纵向运动进行了建模与轨迹优化研究。针对栖落机动后段飞行速度低及迎角大带来的舵面气动效率下降的问题,研制了一种可改变主翼位置的变体无人机。通过室内飞行实验,利用运动捕捉系统测量获得飞行数据。依据实验数据,结合平板气动理论建立了变体无人机的气动模型,并建立了变体无人机的纵向动力学模型。采用广义伪谱优化软件(General pseudo-spectral optimization software,GPOPS),对所建立的变体无人机模型进行栖落过程轨迹优化研究。优化结果表明,与普通固定翼无人机相比,变体部件能够显著提高无人机的姿态操纵效率,从而改善无人机栖落机动性能。