面向航空发动机制造的数字孪生应用架构探索与实践

数字孪生作为一种新的思想和技术方法,已成为各企业实施数字转型战略的重要抓手。结合我国航空发动机研制特点和行业数字化技术应用现状,提出了面向航空发动机研制过程的数字孪生技术应用架构,以及工艺设计、生产制造、产品装配、维护保障的数字孪生要素与应用模式,并针对基于MBD的可制造性分析、数字化工艺设计与仿真、虚拟制造、虚拟装配与交付、远程维护等数字孪生实现技术开展研究与应用,为航空发动机研制水平提升进行数字赋能。     

基于理想与实物模型的航空发动机优化装配技术研究与探讨

发动机装配是发动机制造的最终阶段。提升产品装配工艺技术,改进产品装配规划,是提升产品质量、生产效率、降低成本的关键环节。利用数字化技术,通过对航空发动机理论三维模型虚拟装配技术研究,并与实体装配技术相结合,研究了实体装配优化技术,以达到对航空发动机装配工艺优化和实体装配优化的目的。     

转、静子径向间隙数字化检测技术研究

随着航空发动机的不断发展,现有的间隙测量技术已经不能完全满足装配精度要求,测量技术亟待提升。利用电容式非接触测量原理研制出的同轴度检测设备,能够满足新型发动机对装配精度的要求。经试验验证,此种测量技术不仅达到了提高发动机装配过程中转、静子间隙检测精度的目的,还具有较强的适应性,可以推广到多种型号发动机上使用,为发动机数字化柔性装配奠定了基础。     

面向航空发动机产品的三维工艺设计系统开发及应用

当前,我国航空制造业的数字化技术发展迅猛,三维数字化设计技术和数字化样机技术得到了深入应用.新型航空发动机整个设计过程采用数字化产品定义技术,以全三维的数字模型为数据源,传递给下游的制造企业,航空发动机研制过程中基于模型的工艺设计与制造已成为发展趋势,基于全三维设计模型的数字化工艺设计模式已成为航空发动机型号研制的必然趋势.     

航空发动机技术成熟度评价方法研究

技术成熟度评价是控制新型航空发动机研制中技术风险的有效途径,在国外航空发动机研制、技术发展中得到广泛应用。本文介绍了美国国防部成熟度评价方法和国外航空发动机技术成熟度评价的现状,提出了开展航空发动机技术成熟度评价的设想和初步的评价方法,并以虚拟的高压压气机技术验证项目为例进行了技术成熟度模拟评价。     

商用航空发动机数字化装配工艺设计系统

基于模型的定义技术在航空发动机结构设计中应用广泛。针对商用航空发动机装配工艺设计工具应用问题,以产品数 据模型为核心,提出基于TeamCenter&Cortona3D集成的设计思路。打通产品装配工艺设计业务链,构建基于模型的数字化装配工 艺设计环境,自上而下实现基于模型的装配工艺任务规划、基于模型的装配工艺/ 工装设计与仿真验证,实现面向装配制造的工艺 设计,从而提高商用航空发动机装配工艺设计效率和质量,缩短产品研制周期。     

航空座椅固体火箭发动机装配及检测工艺技术设计

本文对航空座椅某型固体火箭发动机部装、总装及检测、试验、包装技术难点等进行了工艺分析;介绍了固体火箭发动机装配全过程工艺流程、检测、试验方法及注意事项等,对于同类及新型火箭发动机的装配制造过程具有良好的借鉴、推广应用意义。     

航空发动机智能化装配技术体系构建探索

为了研究国内航空发动机装配技术转型及发展趋势,运用离散装配和流程装配生产理念,借鉴国外在飞机和航空发动机装配,采用脉动节拍化生产成功应用经验,针对国内航空发动机装配工艺特点,提出适用于国产航空发动机单元体装配与总装装配,基于智能物流与产线系统深度融合的“多对一或多对多”混合装配新模式的发展思路和实施路线,为保障装配质量和效率,在新装配模式下,构建探索智能化装配的技术体系。     

基于单元体设计的航空涡扇发动机装配标准研究

针对目前航空发动机在装配过程中装配标准缺失的问题,在对传统航空发动机和基于单元体设计的航空涡扇发动机的装配流程进行对比分析的基础上,给出基于单元体设计的航空涡扇发动机装配过程中需要采用的装配过程标准、工艺方法标准、检测方法标准、工装及设备标准、技术基础标准等内容,并对航空发动机装配标准编制工作开展提出了建议.     

基于模型定义（MBD）应用背景下航空发动机研制过程GPS标准关联实施方案研究

GPS&MBD技术已经广泛应用于航空发动机数字化研制过程中,并形成一系列的建模标准、标注要求标准,但也凸显出GPS&MBD应用的具体问题。通过对航空发动机领域MBD技术、GPS标准应用情况及问题的分析,提出了三个有关GPS&MBD在航空发动机研制应用要点,可供航空发动机设计与研制单位参考。     

有翼高超声速再入飞行器气动设计难点问题

有翼高超声速再入飞行器是近年来的研究热点,气动设计是飞行器设计的关键。为了更清楚地认识有翼高超声速再入飞行器气动设计的难点问题,对有翼高超声速再入飞行器的发展、优势及总体任务剖面进行了介绍,从5个方面详细介绍了该类飞行器气动设计的难点问题,包括多约束复杂面对称气动布局设计、高温真实气体效应对气动特性影响、天地差异与天地换算方法、反作用控制系统(RCS)喷流干扰对气动特性的影响以及气动数据不确定度等,简要阐明了这些难点问题对总体设计的重要性以及初步的解决思路,为有翼高超声速再入飞行器气动设计提供了一些参考。     

Simulation and Analysis of Crashworthiness of Fuel Tank for Helicopters

Crashworthiness requirement of fuel tanks is one of the important requirements in helicopter designs. The relations among the protection frame, textile layer and rubber layer of the fuel tank are introduced. Two appropriate FE models are established, one is for an uncovered helicopter fuel tank without protection frame, and the other is for fuel tank with protection frame. The dynamic responses of the two types of fuel tanks impinging on the ground with velocities of 17.3 m/s are numerically simulated for the purpose of analyzing energy-absorbing capabilities of the textile layer and protection frame. The feasibility of the current crashworthiness design of the fuel tank is examined though comparing the dynamic response behaviors of the two fuel tanks.     

The effect of inlet conditions on the flow and heat transfer in multiple rotating cavity with axial throughflow

This paper discusses experimental results from two different build configurations of a heated multiple rotating cavity test rig.Measurements of heat transfer from the discs and tangential velocities are presented.The test rig is a 70% full scale version of a high pressure compressor stack of an axial gas turbine engine.Of particular interest are the internal cylindrical cavities formed by adjacent discs and the interaction of these with a central axial throughflow of cooling air.Tests were carried out for a range of non-dimensional parameters representative of high pressure compressor internal air system flows(Re up to 5×106 and Rez up to 2×105).Two different builds have been tested.The most significant difference between these two build configurations is the size of the annular gap between the(non-rotating) drive shaft and the bores of the discs.The heat transfer data were obtained from thermocouple measurements of surface temperature and a conduction solution method.The velocity measurements were made using a two component,LDA system.The heat transfer results from the discs show differences between the two builds.This is attributed to the wider annular gap allowing more of the throughflow to penetrate into the cavity.There are also significant differences between the radial distributions of tangential velocity in the two builds of the test rig.For the narrow annular gap,there is an increase of non-dimensional tangential velocity V/Ωr with radial location to solid body rotation V/Ωr=1.For the wider annular gap,the non-dimensional velocities show a decrease with radial location to solid body rotation.      

突破技术趋同，波音再现竞争优势

 波音公司面临着来自空客公司的巨大挑战,企业战略性创新才是公司成功的关键。为此波音公司的全部战略性研究集中在扩大产品的差异性上,体现在3个方面：电子化（e-Enabled）运营环境、整体复合材料机身部件的制造技术和支持波音787客机的全球协同环境（GCE）。     

ν-gap度量及其在飞行控制律评估中的应用

 传统控制律评估方法主要用于单输入单输出（SISO）系统，且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足，研究了ν-gap度量方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念的基础上，给出了ν-gap度量的定义、特点和性质以及近似摄动模型的计算，提出ν-gap度量评估控制律的步骤。实例结果表明，该方法不仅克服了上述传统评估方法的缺陷，而且还有根据所求的各摄动影响情况忽略影响小的元素，以减少计算量及可以找到最坏情况下的参数摄动组合等优点。     

临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择

 临近空间飞行器是高性能信息化武器平台,测控（TT&;C）与信息传输系统是其信息保障的核心,而选择合理、可行的频段是展开系统设计的前提和基础。频段选择影响到整个技术方案的制定,是一个需综合考虑、影响深远并具有战略意义的关键问题,从国际电联（ITU）国际标准、高速数传、接收信噪比（SNR）、“三抗”、超视距中继、黑障、雨衰以及设备研制成熟度8个方面全面、细致论证了近空间平台测控系统的频段选择问题,最终得出在视距链路中以Ka频段为宜,在超视距链路中以Ku/Ka双频段为宜的结论。     

基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展

总结了近十年来弯曲激波压缩研究的主要成果。提出了弯曲激波压缩系统的新概念,即利用特殊设计的楔形弯曲压缩面或空间弯曲压缩面,产生一系列与前缘弱激波相互交汇或叠加的压缩波系,从而使前缘激波弯曲,形成特殊的弯曲激波,它与波后的等熵压缩波来共同完成对气流的压缩。在此基础上,实现了由给定出口气动参数的超声速内流道反设计,实现了由给定压缩面压力分布和给定压缩面马赫数分布要求的型面反设计,实现了由给定激波波面的压缩型面反设计。研究证明,弯曲压缩面-弯曲激波压缩系统具有良好的综合气动性能,为高性能高超声速进气系统的气动设计提供了一种全新的设计方法。     

Integrated Entry Guidance for Reusable Launch Vehicle

A method for the implementation of integrated three-degree-of-freedom constrained entry guidance for reusable launch vehicle is presented. Given any feasible entry conditions, terminal area energy management interface conditions, and the reference trajectory generated onboard then, the method can generate a longitudinal guidance profile rapidly, featuring linear quadratic regular method and a proportional-integral-derivative tracking law with time-varying gains, which satisfies all the entry corridor constraints and meets the requirements with high precision. Afterwards, by utilizing special features of crossrange parameter, establishing bank-reversal corridor, and determining bank-reversals according to dynamically adjusted method, the algorithm enables the lateral entry guidance system to fly a wide range of missions and provides reliable and good performance in the presence of significant aerodynamic modeling uncertainty. Fast trajectory guidance profiles and simulations with a reusable launch vehicle model for various missions and aerodynamic uncertain-ties are presented to demonstrate the capacity and reliability of this method.     

Experimental Study on Effects of Fuel Injection on Scramjet Combustor Performance

In order to investigate the effects of fuel injection distribution on the scramjet combustor performance, there are conducted three sets of test on a hydrocarbon fueled direct-connect scramjet test facility. The results of Test A, whose fuel injection is carried out with injectors located on the top-wall and the bottom-wall, show that the fuel injection with an appropriate close-front and centralized distribution would be of much help to optimize combustor performances. The results of Test B, whose fuel injection is performed at the optimal injection locations found in Test A, with a given equivalence ratio and different injection proportions for each injector, show that this injection mode is of little benefit to improve combustor performances. The results of Test C with a circumferential fuel injection distribution displaies the possibility of ameliorating combustor performance. By analyzing the effects of injection location parameters on combustor performances on the base of the data of Test C, it is clear that the injector location has strong coupled influences on combus- tor performances. In addition, an inner-force synthesis specific impulse is used to reduce the errors caused by the disturbance of fuel supply and working state of air heater while assessing combustor performances.     

(高)超声速流动试验技术及研究进展

近年来,与高速飞行器相关的(高)超声速流动受到了极大的关注。这类流动所具有的非定常性、强梯度和可压缩性对试验方法和风洞设计技术提出了挑战。超声速纳米示踪平面激光散射(NPLS)技术是由作者所在团队研发的非接触光学测试技术。它能够以较高的空间分辨率来揭示超声速三维流场的一个瞬态剖面的时间解析的流动结构。介绍了NPLS技术以及基于NPLS开发的密度场测量、雷诺应力测量和气动光学波前测量等方法,并回顾了这些技术在超声速边界层、超声速混合层、超声速压缩拐角、激波/边界层相互作用和光学头罩绕流等流动中的应用,清晰地再现了边界层、混合层、激波等典型流场结构及其时空演化特性。另外,为了模拟和研究高空大气条件下边界层自然转捩和超声速混合层的转捩特性,介绍了高超声速静风洞、超-超混合层风洞的设计技术以及层流化喷管的设计方法。