三维设计推动飞机数字化研制技术的全面应用

纵观全球著名飞机公司的发展,全三维数字化技术在近几年各类飞机的研制中得到迅速发展和深入应用,已成为企业发展、流程优化、技术进步、核心能力提升的核心引擎。全三维设计技术推动了飞机数字化研制技术的全面应用。     

增材技术在飞机结构研制中的应用

<正>增材技术是一项"变革性"的设计、制造一体化技术,具有诸多技术优势和潜力,但存在个异化强、工艺窗口过窄等问题,变形、开裂、力学性能等控制仍是关键技术。尽管在某些型号上已开始试用,但仍需要充分的工程化验证,并持续开展应用技术研究。现代飞机结构快速试制特点以战斗机为代表的现代飞机具有技术先进、系统复杂、小批量、多品种、成本高等特点,要求快速响应试制。一代飞机,一代技术。现代飞机的研制需要从技术验证机开始。在确保较好性能的前提下,以较短的周期、较低的成本快速试制出技术验证机,实现所需先进技术的快速工程化验证,以便为型号的后续工程化发     

基于模型定义的飞机全三维设计实现技术

纵观全球飞机研制,随着信息技术和计算机技术的快速发展,国际最新的在研飞机普遍采用全三维设计技术,彻底取消二维图纸,所有零部件的三维设计作为唯一权威性的数据集,供用户的所有后续环节使用.采用全三维数字化设计方法,通过在线关联设计和并行产品定义,不仅能提高协同效率,而且能摒弃传统设计方法中大量二维图纸,提高了飞机协同设计效率,推动了飞机制造业的数字化变革.采用三维实体数字化模型进行预装配,能最大程度地减少设计错误,提高设计质量,结合设计信息和制造信息,进一步缩短飞机研制周期. 波音公司在梦幻客机787的研制过程中,要求全球合作伙伴采用基于模型定义(Model Based Definition,MBD)作为整个飞机产品制造过程中的唯一依据,即在虚拟环境中设计、构建和测试787飞机生产前的数字化制造工艺,通过生产现场的网络终端传递制造数据,实现波音787全三维研制,并最终取得了成功[1].     

全三维技术在飞机设计中的应用

提出在飞机设计中采用数字化设计方法,实现全三维模型集成设计、制造、检验等信息,保证相互间的一致关联性,并作为唯一依据贯穿飞机研制全生命周期,提高设计制造效率,缩短研制周期.     

MBD技术在飞机设计中的应用

近年来,以波音和空客为首的航空巨头为减少飞机研制中的设计错误,推行并行协同的设计方法,提高效率,降低成本,彻底实现设计制造无纸化管理模式,率先对基于模型的定义技术(Model Based Definition,MBD)进行了深入研究,形成了完整的MBD设计制造标准体系.从2004年开始,波音公司在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术,用三维数模完全取代二维图纸,MBD使三维实体模型作为新机研制过程中的唯一依据,有效提升了飞机研制的效率和质量,为企业带来了巨大的效益.伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,鉴于国外企业MBD技术的成功应用,国内各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索.     

飞机框肋类零件外形样板三维快速设计原理及算法

作为近年来飞机型号研制中常用的内外形控制与协调方式,飞机样板因其使用便捷、成本低廉、技术成熟等优势,在当前飞机研制中仍具有不可替代性。在当前智能化技术快速发展的数字化环境下,依赖二维图纸的样板设计技术已明显成为制约飞机研制效率和周期的重要因素,研究和开发以框肋类零件三维几何模型为基础的样板三维设计技术已成为当前航空产业的迫切需要。针对上述问题,对框肋类零件样板的一大分支--外形样板的三维快速设计原理及算法展开研究,提出钣金零件几何属性提取及外形样板三维快速设计算法,主要内容为:提出框肋类零件基础结构特征定义及提取方法,基于提取结果构建零件弯边特征并计算样板设计所需几何属性,提出外形样板轮廓计算及补加添加算法,最终实现零件外形样板三维模型生成。经由实例测试,验证此算法的可行性与有效性。     

构建面向飞机数字化设计的标准化资源库系统

随着三维数字化技术在飞机设计制造领域的广泛应用，企业的标准化工作必须在管理和应用的方式和观念上进行转变。本文对数字化研制中构建包括标准件、材料、基础标准、通用技术要求在内的标准化资源库的需求进行了分析，为使标准化真正纳入飞机数字化研制体系作了理论上的研究和规划。     

汤立民数字化制造技术专家

枭龙创造了我国航空工业研制周期最短纪录,您的团队是如何在短时间内攻克飞机大型复杂整体结构零件加工难关的? 汤立民:枭龙飞机是由中巴联合研制、面向国际市场的第三代战机,该机首次全面应用了数字化三维实体设计及制造技术.设计中大量采用整体结构件,翼身融合区大型整体框尺寸大并带有大量复杂交点、接头结构:"蚌"式进气道零件具有极为复杂的型面及高精度孔;关键部位零件采用了高强度沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo材料,极难加工. 对此我们做了充分准备.项目开展过程中采取并行工程,边设计边制造,在飞机进行详细设计前就针对大型结构件的数控加工特点、实体建模的要求等问题与设计深入交流.     

基于适航要求的大飞机研制数字化平台构架思考

适航审定是民用飞机研制必不可少的工作,适航要求是飞机研制成功的核心,其涵盖了飞机研制的全生命周期。所以,适航要求应该成为大飞机研制数字化平台建设的核心。近年来,数字化设计制造技术在国内飞机制造业中广泛应用,已形成了一定规模,可以满足已有型号的生产要求。建设满足现代化大飞机研制要求的数字化协同环境成为航空业信     

基于虚拟设计制造技术的FL-9风洞模型架车开发

FL-9风洞是"十五"国家批准建设的大型航空科研基础设施,模型架车是其核心设备。以该风洞模型架车开发研制为背景,运用制造业信息化技术,构建了虚拟设计制造平台,此平台具备网络系统支持下的设备三维数字化设计、计算机辅助分析、工艺设计、可视化及三维交互等功能;并建立了设计制造信息化体系,实现了设计制造全过程信息分类代码的规范和统一。基于此平台开发的模型架车经2年的研制已全面建成并试车成功。     

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.      

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。     

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）。     

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。