飞机结构数字孪生关键建模仿真技术

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟仿真系统,采用在线传感器监测、离线地面检查、飞机运行历史等多源数据,反映并预测对应飞机结构实体在全寿命周期内的行为和性能,有望革新现有的飞机结构使用和维护模式。面向疲劳寿命管理,提出飞机结构数字孪生的5项关键建模仿真技术,分别是载荷和损伤的数据获取技术、多尺度建模和力学分析技术、含裂纹复杂结构的精确高效仿真技术、基于降阶的数字孪生高效建模技术和考虑不确定性与多源异构数据的剩余寿命评估技术,并详细探讨这五项关键技术的研究现状与发展方向,为飞机结构数字孪生的系统研究与工程应用提供参考。     

单太阳翼放气干扰力矩分析

针对静止轨道单太阳翼卫星在转移轨道段,太阳翼展开对日定向稳定控制过程中,太阳翼结构的初期放气干扰力矩对姿态影响的问题,利用卫星姿态动力学模型、姿态变化和推力器等参数,估计太阳翼放气产生的干扰力矩。通过理论仿真,验证了估计方法的正确性。以风云四号(FY-4)卫星为例,在轨实时估计结果表明:FY-4卫星太阳翼放气持续时间近11个小时,初期最大干扰力矩达37mN·m,比光压力矩约大2个量级,其对姿态影响不可忽视。文章的研究结果可为地面控制系统设计和在轨控制参数修改提供数据参考。     

直角坐标系中雷达测量方差的两种计算方法

文章提出了依据雷达极坐标测量标准差和采用雷达极坐标测量数据估计直角坐标系中雷达测量方差以及目标位置误差的2种计算方法,分别为依据目标在统一直角坐标系中各坐标分量上的标准差得到目标位置间接测量偏差的标准差法和基于直线航迹线参数估计的统计学方法。结合相关滤波方法进行试验验证表明,这2种方法应用于多雷达加权航迹融合模型中的雷达测量权值动态分配过程中,均取得良好效果,对于卡尔曼滤波器等传统滤波器和多雷达航迹关联算法也具有较高的推广和应用价值。     

钻孔式气膜冷却火焰筒壁温计算

本文以WP-7乙火焰筒为例,对钻孔式气膜冷却火焰筒壁温做数值计算 1.物理模型和热平衡方程 图1为WP-7乙火焰筒结构简图,火焰筒共有搭接焊接的5个气膜冷却段。 (1)气膜冷却腔道内的传热分析 气膜冷却空气流过图2所示的气膜冷却腔道,它是由前一气膜冷却段壁面的后部(内侧壁)和后一气膜冷却段壁面的前部(外侧壁)联结     

转子振动反旋流主动控制试验研究

介绍一个用于旋转机械振动“气体反旋流”主动控制试验研究的系统。它利用增加系统的有效阻尼来抑制由于不平衡因素等引起的转子横向振动。试验结果表明:气体反旋流的最佳值, 为这一技术应用于发动机部件试验中提供了有用的数据和经验。      

多操纵面强冗余加权伪逆分配参数调节方法

针对强冗余多操纵面飞机参数多、难调节的问题,基于加权伪逆提出了控制分配模态参数调节方法,揭示了控制参数与出舵量之间的内在机理。引入虚拟控制指令,建立了加权伪逆控制分配模型。定义了一种剩余效能矩阵,从理论上推导了强冗余加权伪逆分配参数调节的规律,得到出舵量与对应参数是负相关的,特定情形下对方向舵指令无影响。仿真结果验证了该方法的有效性。     

大厚度复合材料层板结构损伤的热补仪修补工艺研究

针对飞机大厚度复合材料层板结构损伤,研究了修补材料MTM45-1与X850的标准热补仪修理工艺及材料X850的新型热补仪修理工艺的单次固化层数,并通过金相观察内部质量;分析了材料MTM45-1与X850修补大厚度损伤试验件的恢复情况。结果表明采用新型工艺修理的试验件的恢复质量良好,为修补大厚度复合材料结构件奠定了基础。     

涡轮导向叶栅通道内紊流特性的实验研究

本文对一种高压涡轮导向叶栅中的紊流特性进行了实验研究。在雷诺数为100000的工况下, 采用二维热线对叶栅通道内垂直于叶高的平面内的平均速度, 脉动速度, 及雷诺切应力相关系数进行测量。并结合以前通过五孔针测量取得的流场进行了分析, 得出了该叶栅中紊流参数的变化规律。实验结果表明: 叶栅端壁区的紊流流动, 基本保持各向同性; 通道涡和马蹄涡内存在高紊流度和雷诺切应力的紊流核心。本实验结果为分析研究叶栅端壁换热特性奠定了基础。      

液膜冷却对火箭发动机燃烧效率的影响

液膜冷却对发动机热防护和性能均有重要的影响,为了研究不同液膜注入条件对燃烧效率的影响,开展了燃烧室液膜冷却热试试验研究。试验中改变了射流流量、冷却孔的数量、射流倾角,并测量了两排分别位于正对冷却孔位置和两冷却孔之间位置的燃烧室壁温,计算了不同工况下的燃烧效率。结果表明:推力室点火后,液膜的注入会压低温度曲线上升的斜率;在热试实验研究中,在相同的液膜流量下,不同的液膜注入方式并未对燃烧效率产生显著的规律性影响;头部混合比在3.6附近时,液膜流量占燃烧室总流量的百分比每提高2.3,则燃烧室的燃烧效率降低约1。     

小卫星空间模拟器KM3B的研制

空间模拟器是用来模拟空间的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台有效试验空间为φ3 800 mm×4 800 mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、污染量、热沉温度、红外热流模拟系统、温度测量系统等均能满足卫星整星热平衡、热真空试验的要求。