直升机前飞吊挂飞行动力学响应分析

建立了带吊挂载荷的直升机飞行动力学模型,其中旋翼诱导速度场计算采用了广义动态入流理论模型并添加了畸变项,用以考虑从加速过程的尾迹畸变和附加非定常效应;旋翼气动载荷模型采用了翼型大角度范围插值技术,并结合经典薄翼型理论建立综合的非定常气动载荷模型.还建立了六自由度吊挂载荷模型,其中吊索采用了柔性钢索模型,计入了吊挂模型的气动阻力.通过仿真计算分析了吊挂前飞状态下总距阶跃操纵输入以及前推杆阶跃操纵输入时直升机及吊挂动力学响应历程.     

不确定载荷下的桁架结构拓扑优化

对带有不确定扰动载荷的桁架结构拓扑优化问题进行了研究.将不确定载荷表示成有界凸集,从而把不确定性问题转化为一个确定性问题.构造了凸集载荷下以体积为约束的柔度最小化模型,该优化模型的实质是在高维椭球内计算最大柔度最小问题.由于采用传统优化模型存在计算上的困难,对凸集载荷进行了数学处理,并据此构造了半定规划形式的优化模型以便求解.优化结果相对于给定载荷的刚度虽然略低,但对不确定的扰动载荷却具有一定的承载能力.算例表明通过半定规划法构造的考虑扰动载荷作用下的优化结果鲁棒性较佳,结构形式更接近于实际工程结构.     

基于有限元Craig缩聚模型的基础激励和载荷识别

载荷识别是用有限自由度的加速度测量值推断外力.基础激励是在基础自由度上加给定的加速度时间历程激振结构,求整个结构的动响应.利用Craig减缩模型的性质,及界面自由度的已知运动可求出整个结构其余自由度的动力学响应,完成基础激励求解.在此基础上用已知的界面自由运动和求得的非界面自由度的动力学响应,代入结构动力学方程即可实现载荷识别.本方法唯一能给基础激励和载荷识别结果带来的偏差是Craig缩聚模型与原始有限元模型间的差异,对此用频响分析的方式,直接从频响曲线的变化来确定缩聚模型的精度.算例表明这一新的基础激励和载荷识别途径是有效的.      

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

转动载荷对卫星姿态的影响与控制研究

研究带有转动载荷和挠性附件的卫星姿态控制问题.基于具有广义坐标形式的牛顿 欧拉方法建立了卫星姿态动力学模型和转动载荷力矩模型,研究载荷产生的动不平衡力矩和静不平衡力矩的机理和特点.分析载荷干扰对卫星姿态的影响特性,给出基于传递函数进行拉氏变换以估算姿态抖动量的方法.分析卫星姿态控制系统设计干扰补偿控制器的条件,给出了控制器的工程设计方法.验证结果表明该方法有效且能提高卫星姿态精度.     

飞机载荷谱实测数据双缓冲视景仿真系统设计

飞机载荷谱实测数据视景仿真是飞机机动动作识别和实测数据有效性验证的重要手段.针对飞机实测数据源的不同数据结构,提出了逻辑数据通道的数据存储方法,解决了不同实测对象形成的不同数据源结构差异问题;针对大数据量实测数据进行飞行视景模拟时模型复杂性造成的性能问题,建立了物理通道和逻辑数据通道解析模型;基于数据双缓冲和绘图双缓冲机制,构建了飞行器模型和实测数据视景仿真系统环境,对不同试验用机的飞行实测数据进行了分析和验证.该视景系统完全满足Gigabyte级别的不同机型载荷谱飞行实测试验数据的验证和机动动作识别要求,完整地再现整个飞行历程,为飞机飞行历程机动动作识别、数据有效性验证和数据后期处理提供可视化平台.      

中值随机载荷谱数据处理专家系统

解决飞机结构定寿、延寿的先决条件是,编制出能模拟飞机真实情况具有代表性的典型载荷-时间历程,即载荷谱,以此作为理论分析和全尺寸结构疲劳试验的基础.对此,在探讨中值随机载荷谱数据处理与编制过程的基础上,建立了中值随机载荷谱数据处理专家系统.内容包括系统结构设计、数据描述与参数设置、实现过程和数据库设计等.本项研究成果已用于飞机、航空发动机、飞机起落架和主战坦克等载荷谱的实测数据处理与编制之中.     

车载冷发射系统多刚体动力学快速仿真研究

为了满足发射动力学快速分析的需要,采用多刚体动力学的绝对坐标方法以适应发射车约束复杂和变拓扑结构的特点,针对车载冷发射系统的典型结构和弹射物理过程,建立并应用了9自由度快速仿真模型。与ADAMS和ABAQUS仿真对比表明,本文计算的车架后支腿载荷偏差不超过4%,而仿真时间只有ADAMS的7.1%和ABAQUS的0.004%,能够快速有效地分析系统的动态特性。通过实例研究了发射管底座-车架支腿载荷比的动态特性和附加载荷分配因子对该载荷比均值及发射管口最大位移的影响。结果表明,发射管底座-车架支腿载荷比在发射过程中逐渐增大并达到稳定值,附加载荷分配因子决定了发射管内弹道压力载荷通过发射管底座和发射车支腿分散传递到地面的载荷分配比例,并且存在最佳附加载荷分配因子,能使弹体的弹射起动过程对系统的扰动影响最小。     

开孔泡沫塑料的应力松弛问题

开孔泡沫塑料具有良好的能量吸收和缓冲性能, 在工程中得到了广泛的应用, 对其粘弹性行为进行研究具有重要的意义.基于Lederman模型,应用三参数标准线性固体模型考虑基体的粘弹性性能,对开孔泡沫塑料的应力松弛行为进行了研究,并讨论了所加应变载荷、结构参数和泊松比对应力松弛曲线的影响.结果表明:应力松弛曲线对泊松比是不敏感的,并且,应变载荷的增加和相对密度的提高会使应力松弛变得更加明显,但应力响应的初始值和终值的比却不随应变载荷的提高而变化.     

温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

复合材料层板在弹性支持下的非线性稳定性

利用能量变分原理和非线性几何方程，建立具有弹性约束的复合材料层板，在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组，通过运用广义傅里叶级数法对控制方程组进行求解，得到相应的截荷－中心挠度曲线。计算结果表明：非对称层合板在面内载荷作用下，一般产生的是向变形，但在一定的铺层顺序，边界条件、受载方式等情况下，也可能发生分叉型屈曲。     

Application of time-variable process noise in terrestrial reference frames determined from VLBI data

In recent years, Kalman filtering has emerged as a suitable technique to determine terrestrial reference frames (TRFs), a prime example being JTRF2014. The time series approach allows variations of station coordinates that are neither reduced by observational corrections nor considered in the functional model to be taken into account. These variations are primarily due to non-tidal geophysical loading effects that are not reduced according to the current IERS Conventions (2010). It is standard practice that the process noise models applied in Kalman filter TRF solutions are derived from time series of loading displacements and account for station dependent differences. So far, it has been assumed that the parameters of these process noise models are constant over time. However, due to the presence of seasonal and irregular variations, this assumption does not truly reflect reality. In this study, we derive a station coordinate process noise model allowing for such temporal variations. This process noise model and one that is a parameterized version of the former are applied in the computation of TRF solutions based on very long baseline interferometry data. In comparison with a solution based on a constant process noise model, we find that the station coordinates are affected at the millimeter level.     

液体火箭发动机推力自动校准系统仿真

针对液体火箭发动机原位校准高准确度的要求,介绍了一种以伺服电机为执行部件,基于液压传动力值自动加载装置,阐述了该系统的结构和工作原理。建立系统数学模型,通过Matlab和AMEsim搭建了系统的仿真模型,在分析影响模拟推力加载准确度和稳定性的基础上,设计了模糊PID控制器。仿真结果表明:所设计的力值加载系统能够完成力值精确加载,(0~6)kN力值加载时间小于30 s,加载力的示值最大误差为±0.05%,满足校准力值加载需求。证明了在力值加载系统中引入模糊PID控制算法,可以有效补偿系统中的不确定性扰动,增强系统的鲁棒性。     

环境试验设备的状态空间法仿真设计

对于环境试验设备的设计,传统的工程设计方法是从指标出发,用半经验、稳态的方法设计系统,按照围护结构稳态放热量和试品冷透来计算制冷系统容量,这种稳态的计算结果通常比实际需要大的多.采用基于状态空间描述的分布参数模型用于系统动态仿真,可以允许对许多先不必要考虑的环节简化处理,对主要的负荷如围护结构、被试品等做精确的处理,可以较准确的得到总的制冷量需求,验证控制策略等,对于初期方案设计中系统制冷、加热设备容量的准确计算、不同方案的验证、控制方案的制定具有明显的意义.      

大角速度条件下星像运动轨迹建模及误差评估

在大角速度条件下星敏感器成像平面上的星像会产生严重拖尾,影响星敏感器性能。为了全面认识星敏感器的星像运动轨迹形式,并定量评估星像运动对星点提取过程的影响,首先研究建立了星敏感器成像平面上星像运动轨迹的数学模型,推导出在成像平面上星像运动轨迹为一段圆弧;然后建立了星像运动时的能量分布模型,并对大角速度条件下基于质心法的星点坐标误差进行了评估,分析得到星点坐标误差的模近似可用星像运动轨迹长度的二分之一来衡量。仿真实验结果验证了所得结论的正确性。      

Experimental and numerical simulation of super-pressure balloon apex section: Mechanical behavior in realistic flight conditions

In order to predict the flight parameters and to improve the life time of long duration super-pressure balloon, a research program on modelization and experimental simulation of the balloon envelope mechanical behavior is carried out.The balloon is a 10 m diameter type made with multilayer polymeric films and tapes. A facility was developed to measure, via a stereo-correlation system, the 3D displacement and the in plane solicitation strain of a 1.5 m diameter balloon envelope part in realistic flight conditions, i.e. pressure, temperature and loading at the sample boundaries. A time dependant non-linear Maxwell model of the polymeric material behavior was identified from uniaxial creep and relaxation tests and implemented in a Finite Elements code, simulating the sample tested in the facility. The Poisson ratio of the transparent and supple balloon film has been measured with an image correlation system.Experimental results are obtained both at room and in cold conditions (−60 °C) for various values of differential pressure.Vertical displacement and in plane 2D strain of apex part deduced from the numerical modeling are compared to experimental results.     

Photon counting detector for space debris laser tracking and lunar laser ranging

We are reporting on a design, construction and performance of solid state photon counting detector package which has been designed for laser tracking of space debris. The detector has been optimized for top photon detection efficiency and detection delay stability. The active area of the commercially available avalanche photodiode manufactured on Si (SAP500 supplied by Laser Components, Inc.) is circular with a diameter of 500 μm. The newly designed control circuit enables to operate the detection sensor at a broad range of biases 5–50 V above its breakdown voltage of 125 V. This permits to select a right trade-off between photon detection efficiency, timing resolution and dark count rate. The photon detection efficiency exceeds 70% at the wavelength of 532 nm. This is the highest photon detection efficiency ever reported for such a device. The timing properties of the detector have been investigated in detail. The timing resolution is better than 80 ps r.m.s, the detection delay is stable within units of picoseconds over several hours of operation. The detection delay stability in a sense of time deviation of 800 fs has been achieved. The temperature change of the detection delay is 0.5 ps/K. The detector has been tested as an echo signal detector in laser tracking of space debris at the satellite laser station in Graz, Austria. Its application in lunar laser ranging is under consideration by several laser stations.     

基于动基座条件下的筒弹定位导轨精度测量方法CSCD

针对导弹发射架制造和安装精度,以及长期使用过程中变形影响,导弹发射架上发射筒定位导轨相对主基准方位基准和基准水平面之间存在航姿误差,影响导弹初始航姿装订精度的问题。提出一种导弹发射架上发射筒定位导轨精度测量方法,该方法利用高精度航姿测量系统完成测量数据的采集,然后进行离线计算处理,最终得出定位导轨精度。利用该方法可以实现在码头动基座条件下对导轨精度进行测量,并将测得的状态参数在导弹初始航姿装订时进行补偿,从而提高导弹的初始航姿装订精度。     

教练机训练效能计算方法改进

教练机训练效能对飞行学员掌握飞行技能和战术水平有重要作用,量化评估教练机训练效能是优化训练体制和评估飞行训练大纲的前提.典型的教练机训练效能计算模型对飞机的航空电子系统、操纵系统考虑不足,对飞行参数选择有局限性.利用层次分析法原理改进的教练机训练效能评估模型弥补了这些不足,同时对飞行科目权重给出了新的选择方法.改进模型能够很好地适应第三代战斗机飞行员训练效能评估,为现代飞行训练大纲和飞行训练体制评估提供了基础,算例结果证明改进模型更为合理可行.