飞机电气化背景下的先进航空电机系统

多电/全电飞机将机载二次能源逐步统一为电能,电推进飞机进一步将电能用于飞行动力源,飞机电气化被认为是飞机机电系统与动力系统融合的重大革新,已经成为航空技术发展的重要方向。航空电机系统是支撑飞机电气化的重要基础。文中介绍了飞机电气化的基本概念和发展现状,阐述了电气化对飞机电源与用电设备的重要影响,重点论述了航空电机系统对飞机电气化发展的重要性及其面临的研究机遇与挑战。基于此,系统分析了适应飞机电气化发展需求的先进航空发电机与电动机系统,并进一步总结了支撑先进电机系统发展的关键技术,包括新型电工材料与器件、冷却技术、多物理场耦合分析方法与集成化综合设计理念。     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。     

机载准二级压缩蒸发循环制冷技术

为了满足未来飞机对蒸发循环制冷系统（Vapor cycle system, VCS）长寿命、高可靠性和低能耗的要求,对准二级压缩蒸发循环制冷技术在飞机环控系统上的应用进行了研究。文中首先对准二级压缩蒸发循环制冷系统理论循环和准二级压缩过程进行了分析,然后通过对理论循环的性能计算和产品系统性能试验。证明在制冷量不变的前提下,采用准二级压缩循环代替单级压缩循环并辅以回热器后,系统制冷性能系数（Coefficient of performance,COP）值提高29%。同时,压缩机转速下降38%,排气温度下降29%,相应的压缩机的工作寿命和可靠性大幅提高。     

基于盒式翼的地效飞行器气动布局概念设计

根据地面效应的特点及相似准则,给出了基于展弦比、梢根比和机翼离水相对高度等参数的盒式翼外形简化设计原则。针对地效飞行器高度焦点配置,结合盒式翼外形简化设计原则,给出了盒式翼纵向位置的简化设计方案。针对盒式翼地效飞行器在起飞过程中的升阻特性,给出了发动机类型选择及动力配置的优选方案。针对地效飞行器的飞行特点,阐述了盒式翼地效飞行器机身和尾翼的设计要点。通过以上分析为基于盒式翼的地效飞行器气动布局概念设计提供了设计依据和参考。     

多控制面机翼阵风减缓主动控制与风洞试验验证

 针对某大展弦比多控制面弹性机翼风洞模型,分别从频域和时域进行阵风响应分析和阵风响应减缓控制律设计。采用经典控制理论设计控制律,通过操纵位于0.6和0.8翼展处的内外侧控制面减小由正弦阵风引起的翼尖加速度(WTA)。低频段的阵风减缓的数值分析与风洞试验结果均表明：多控制面的阵风减缓效果优于单控制面。当来流速度为14 m/s时,针对频率为2～5 Hz的阵风,采用多控制面得到的WTA减小10%～24%;当来流速度在8～16 m/s时,针对频率为2 Hz的正弦阵风,闭环状态下的翼尖加速度减小10%～40%;结构有限元模型与真实模型存在工程允许的误差导致理论与试验结果存在一定的误差。本文的工作对工程实际中采用阵风减缓技术具有参考价值。     

基于数据预测的静电除尘器闪络故障恢复策略

静电除尘器除尘效率极大地取决于电场电压输出,其控制关键在于电场发生闪络故障后的电压恢复策略。经典闪络故障恢复方法,如三线法、二线法,大多通过设定较长的低电压运行区间或设定输出电压上限实现电压输出控制,前者平均电压输出过低,而后者对电场特性的变换适应能力不足。为克服上述方法的不足,本文提出一种基于支持向量回归数据预测的方法,通过对临近故障电压的分析,推测出当前电场可能的闪络故障电压,并以此为基础,对二线法进行改进。4组不同工况的对比实验结果证明,本文方法不仅保留了三线法的环境自动适应能力,而且提高了系统的平均电压输出,其优越性得到验证。     

基于电容加载的UHF-RFID近场长天线设计

针对近场长天线的电流相位分布空间跨度大这一难点,设计了一款基于多电容加载的超高频(Ultra-high frequency,UHF)频段近场长天线。通过对长度为250mm微带传输线在间隔48.8mm处分段加载1.6pF电容,利用电容对电流的相位补偿作用改善了天线近场均匀性。在端口增加金属匹配枝节及负载电阻进行阻抗匹配。仿真及实测表明,该长天线回波损耗在918~933 MHz频段内低于-10dB,长天线正上方300mm处近场场强差值最大仅为3.2dB,天线正上方不同位置处最大读取距离差值波动不超过95mm,验证了该天线良好的近场均匀性。搭建射频识别(Radio frequency identification,RFID)系统并进行测试,进一步验证该款长天线在近距离RFID系统中的实用性。     

真空绝热板负压膨胀与吸盘响应关系

对于市场前景广阔的气相二氧化硅和玻璃纤维芯材的真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP),可以通过检测其内压值来检测VIP质量。本文以负压膨胀法(即逆真空法)原理研发了内压测试仪,可以快速有效地测试VIP板内压强值,以此判别该VIP板是否合格。对测试结果与理论值进行对比发现,该测试仪精确度较高,误差可以控制在1%左右。然后,研究了不同口径大小吸盘对玻璃纤维芯材VIP内压测试结果的影响,试验证明仅小口径吸盘才能成功地测试该类VIP板内压值。最后,采用MATLAB线性拟合模块研究了两种VIP板内部压强与导热系数的关系式,可以从理论上更好地指导VIP板的高质量生产。     

基于信息熵的危险天气下终端区管制风险评估

终端区结构复杂、飞机事故多,其中危险天气对航空器的安全运行影响极大,因此有必要对危险天气下终端区管制风险进行评估。针对终端区管制系统运行风险性大、易发不安全事件的问题,提出基于风险信息熵的危险天气条件下终端区管制系统风险评估模型。首先,通过分析危险天气条件下管制系统的运行过程,建立管制系统运行中的熵流模型,然后建立危险天气下终端区管制风险评估指标体系,给出评估指标灰色关联度属性的计算方法,利用其反映出的信息熵确定指标权重,最终建立危险天气下终端区管制风险评估模型,并通过算例验证了模型的可用性和有效性。     

基于GRNN-ELM的飞机复合材料结构损伤识别

飞机结构的损伤严重影响着飞机的飞行安全,为了解决飞机复合材料结构损伤难以有效识别问题,本文提出一种基于广义回归神经网络(General regression neural network,GRNN)与极限学习机(Extreme learning machine,ELM)组合的飞机复合材料结构损伤识别新方法。首先对飞机复合材料层合板进行冲击,而后对其进行疲劳拉伸试验,通过优化布局在复合材料层合板上的光纤光栅传感器募集应变信息,并对其进行预处理。采用变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)对募集的应变信息进行自适应分解,得到多个基本模式分量(Intrinsic mode function,IMF)。计算各阶IMF分量的奇异熵,通过核独立主元分析(Kernel independent component analysis,KICA)方法对奇异熵进行特征融合,构建融合特征向量。采用融合特征向量建立基于GRNN-ELM的复合材料结构损伤识别模型,通过试验对损伤识别模型的有效性进行了验证,并分别与所构建的ELM和GRNN损伤识别模型的识别结果进行比较。结果表明,该方法能有效对飞机复合材料结构损伤进行识别,具有很好的工程应用价值。