智能材料与结构及其在智能飞行器中的应用

为了满足民用和军事领域对智能飞行器日益增长的需求,在承载、连接等功能的基础上,具有自诊断、自适应、自控制、自修复等“智能功能”的智能结构应运而生。这一技术的出现显著地推动了航空领域的发展,如利用形状记忆合金作为驱动器驱动指定结构变形可以改变飞行器气动性能,而利用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行健康监测和振动噪声控制是当前智能结构研究的重要方向。以此为背景,介绍了南京航空航天大学智能结构研究团队近十年来在智能结构方面的研究进展,以期为智能结构技术的发展与创新提供可以借鉴的思路。     

光纤智能结构／蒙皮在航空上的应用

自1985年美国空军提出“智能蒙皮”这项具有创新意识的新技术构想之后,美国空军、海军、宇航中心、波音公司以及美国各高等院校及相关研究机构都投入大量人力和物力进行可行性预研。该项目的提出也引起了国际学术界的高度重视,英国、法国、加拿大、意大利等国也对该项目进行了大量的研究。一、光纤智能结构/蒙皮与分布式光纤传感的概念光纤智能结构/蒙皮是指在飞行器的结构部件/外壳内埋置(或安装)有光纤传感网络,该网络与计算机相连,可对飞行器各处应力、温度等诸多参量进行实时检测,若再将计算机与执行系统相连,则可动态调整飞行器的结构,…     

压电传感元件在智能结构中的应用研究

研究了压电材料作为传感元件在智能结构中的应用。开发了基于锆钛酸铅压电陶瓷传感元件的智能结构实验系统，利用压电传感器对复合材料板结构的载荷变化进行监测并对传感器组的冲击定位功能进行了试验。文中采用模式识别技术，成功地实现了结构连接损伤出现的判别和损伤位置的确定     

基于模态滤波器的智能空间桁架结构独立模态控制方法

采用现代模态滤波器技术和最优控制理论和研究智能空间桁架结构的独立模态空间控制方法。仿真结果表明，按本文提出的控制策略，完善地解决了传统ＩＭＳＣ控制中的状态解耦问题，从而使ＩＭＳＣ方法不再局限于简单，低自由度数的结构动力控制，对于智能空间结构，实施ＩＭＳＣ方法也是可行并且有效。     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小,以结构强度及作动器性态作为约束条件,以作动器电压作为控制变量,建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析,利用线性压电学原理,导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果,实例表明该方法在保证强度的同时,能有效控制结构的节点位移,并可处理任意工况多位移要求的情况,这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

铝合金传感器及其在电子衡器中的应用

该文较全面地介绍了近年来我所研制成功的铝合金平行梁,中心梁,中心悬臂梁,中心环,中心剪切梁等称重传感器的结构、特点、受力分析及理论计算。简要地介绍了这些称重传感器在电子衡器中的应用情况。     

热噪声复合环境下飞行器结构动响应预示技术研究进展

高超声速飞行器在巡航/再入阶段经历着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,严重威胁着结构的完整性和可靠性。严酷的热环境会显著改变结构的整体和局部模态特性,出现模态跳跃和丢失;当与噪声载荷共同作用时,结构动态响应出现突弹跳变现象,表现出强非线性特征,因此热噪声复合环境下结构动响应预示面临严峻挑战。本文综述了热噪声复合环境动响应预示技术的发展过程,对比分析了目前热噪声动响应预示技术的优势与不足,对于未来高超声速飞行器、可重复使用运载器等载荷环境条件制定和结构优化设计均具有重要意义。     

碳敷层光纤在碳纤维复合材料智能结构中的应用

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将使光纤的光学性能发生变化,从而影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能。文中对多种光纤进行了试验研究,在碳纤维复合材料固化过程中,发现普通敷层光纤的性能发生变化,而央敷层光纤的性能不会发生变化,并对这些现象的原因进行了初步讨论,从而为在碳纤维复合材料智能结构中光纤的选择提供了一定的依据。     

适合于柔性结构扑翼飞行器的空间非定常涡格法

推导了新的基于空间非定常涡格法的扑翼飞行器升力和推力的计算公式,然后分析了瞬时形状速度对它们的影响.与实验结果的对照表明,基于向量分析、考虑了飞行中的诱导阻力因素的新公式可以有效地估算升力和推力.由于结构的柔性使扑翼在扑动过程中存在变形,本文考虑了空间涡格法中扑翼的η/t对气动力的影响,提出了η/t的表达式,使之更接近真实扑动情况,并计算了其对扑翼飞行器升力和推力的影响.通过计算发现,升力系数和推力系数的正峰值和负峰值随η/t增大而增大,平均升力和平均推力也随η/t增大而增大,表明可以通过改变结构参数达到改善气动性能的目的,对扑翼飞行器的研制有一定的指导作用.     

高超声速飞行器结构热-声振耦合动力学研究进展

高超声速飞行器服役环境十分复杂,气动热、气动力和强噪声等多种环境载荷的共同作用,给飞行器结构安全性带来了巨大挑战;尤其在极致追求结构轻量化设计和实现时,热-声振耦合效应将会十分显著。本文大致总结了国内外高超声速飞行器热-声振耦合动力学研究的主要进展,归纳了在典型热、声及其耦合环境作用下飞行器结构的动力学响应,梳理了动态载荷环境结构动力学建模、计算方法和实验分析方法,描述了结构热-声振耦合动力学理论基础,并探讨了高超声速飞行器结构热-声振耦合动力学研究的重要方向。     

形状记忆合金在飞行器进气道中的应用研究进展

进气道作为发动机上游的重要气动部件,其性能对整个飞行器的工作效率和运行能力都有着重要影响。本文首先详细阐述了进气道的几何调节需求,指出了传统机械调节方案存在的不足以及形状记忆合金在可调进气道中诱人的应用前景,而后简单介绍了形状记忆合金的基本特性和典型航空应用进展。最后,总结了形状记忆合金在飞行器进气道中的应用情况,重点介绍了美国SAMPSON计划在智能进气道领域所取得的成果。     

空间智能天线夹芯结构热变形力学分析

空间智能天线夹芯结构是一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能结构。该结构将微带天线阵列植入复合材料夹芯结构蜂窝芯体中,既满足了结构力学和热力学性能要求,又满足了被植入天线的电性能要求,实现了空间结构的多功能化,降低了系统综合质量。本文针对低地球轨道的空间热环境,选取低热膨胀系数、低密度、高强度、高模量、耐高温及透波性好的复合材料,基于复合材料力学经典理论分析设计了面内热膨胀系数接近于零的复合材料蜂窝夹芯结构面板,并且对空间智能天线夹芯结构在低地球轨道典型空间环境下的结构热力学响应进行了有限元分析。结果表明,该空间多功能智能天线夹芯结构可以满足在轨空间温度环境下结构变形指标要求。     

临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验

本文介绍了一种新型临近空间低速飞行器风速测量装置。风速仪基于旋转测压旋杆、增加测压旋杆两端测压探头动压的原理设计,在临近空间环境和超低动压条件下具有较高的风速测量精度。在中国电子科技集团公司第二十一研究所的临近空间环境模拟风洞中开展了低温低压低风速测量标定试验,试验来流速度范围为5~14m/s。试验结果表明,测量的动压信号与正/余弦函数拟合结果一致性较高,压差测量值的相对量可信度较高。此外,压差幅值信号与来流风速成线性关系,通过线性拟合的方法获得风速仪的测量标定模型。     

可靠性分析在导弹结构试验工作中的应用

简要介绍可靠性设计法在试验设备设计中的应用，并对某型号部件的试验结果进行了可靠性分析，获得了总体分布和有关参数。最后，用可靠性安全系数检验了该部件是否合格。     

遗传算法在含连续/离散变量结构优化中的应用

传统的优化方法难于有效地处理含有连续／离散混合变量优化问题。本文探讨了如何将遗传算法应用于含连续／离散设计变量的结构优化问题。着重讨论了连续／离散混合变量的编码方法和减少适应度函数计算次数的ｍ ｉｃｒｏ ＧＡ 技术。将遗传算法应用于数学考题和十杆结构尺寸／材料混合变量优化问题。两个算例表明,遗传算法能比较有效地解决含连续／离散混合设计变量的优化问题。     

外腔式Fabry-Perot光纤传感器的研制及其在智能材料中的应用

在制作外腔式Fabry-Perot干涉 (FPEI) 光纤传感器中,提出并解决了基于抛光光纤端面并在其上镀上多层介质膜的关键技术,从而解决了外腔式Fabry-Perot干涉光纤传感器的干扰和稳定性问题.使探测系统大大简化,传感器性能显著增加,成本下降.本文还首次用模式理论计算了两波的干涉输出光强与位移的关系.最后将FPEI应变传感器贴附在一个分布式智能悬臂梁上,检测到振动频率及轴向应变值,其结果与用压电片监测到的结果完全一致.     

噪声试验技术在高超声速巡航飞行器研制中的应用前景

针对高超声速巡航飞行器的特点,重点对高超声速巡航飞行器特有的声载荷环境下需进行的几项典型噪声试验技术进行阐述,包括试验目的、试验条件和试验方法等.同时列举了各项试验技术在产品研制中的应用实例,概述了相关试验技术在高超声速巡航飞行器研制中的应用前景.     

智能材料结构在民用上的应用

主要介绍智能材料结构在民用中的最新研究进展及其在民用方面的一些实际应用。首先介绍光纤传感器在土木工程中的应用，接着叙述建筑及桥梁结构的主动控制及采用信息调整公路实现远地监测的智能民用结构。智能材料结构具有广泛的应用前景，这一新技术在民用上的应用研究也正在不断深入，相信不久的将来，这一技术会在越来越多的实际民用场合发挥优势。     

HFC宽带网络的实现及其在智能小区中的应用

小区实现智能化,选择何种接入网是很重要的。基于HFC的宽带接入技术充分利用现有的网络资源,避免了网络的重复建设,有效地解决了网络布线的困难,降低了小区整体投资成本。本文通过层层剖析,重点阐述了HFC宽带网络在现有网络基础上的实现方案,并以南充某小区为例分析了基于HFC的宽带接入技术在智能小区中的具体应用。     

模糊优化设计在结构优化设计中的应用

模糊优化设计就是将工程设计中的许用应力、许用尺寸、许用频率和许用变形等数据看成模糊子集。本文采用隶属函数来表示模糊子集,然后用入水平截集确定结构设计的新的设防水平和截集的上下限(也就是新的许用应力)。文章中还阐述了水平截集和工程设计中安全系数的关系。本文用模糊优化设计的概念计算了飞行器化铣网格贮箱的优化设计问题。可以看出模糊优化设计保证结构安全情况下减轻结构重量,并提供多个工程设计方案供设计人员选择。