基于MDO策略的民用航空发动机概念设计研究

以某型民用涡扇航空发动机概念设计为例,集成了总体方案（包括热力循环分析、质量评估、噪声评估、氮氧化物排放评估）、风扇（包括气动设计、强度分析）、低压涡轮（包括气动设计、强度分析）3个子系统,以设计点耗油率、整机质量、飞越状态总声功率级、进近状态总声功率级和燃烧室氮氧化物排放量为优化目标,进行了基于多目标的整机多学科设计优化（MDO）的研究。对比研究了单学科可行(IDF)、协作优化(CO)和不对称子空间优化 (ASO)3种典型的优化策略及其在整机MDO中的应用,探讨了整机 MDO的建模方法、子系统间数据传递及解耦方式。结果表明:3种策略优化效率相当,优化时间最大相差742s;CO策略与ASO策略在整机MDO应用中优化效果较好,综合评价指标分别降低了0.82%和0.86%。      

钠盐变质铝硅合金中的共晶硅相

采用高纯铝和硅(＞99.99wt%)配制Al-10%Si二元合金,经三元钠盐变质,研究合金中共晶硅相.结果表明,铝硅合金共晶凝固时,硅相滞后于铝相结晶.进行钠盐变质处理后,共晶凝固时硅相滞后更加明显,并使之由片状转变为纤维状.钠盐变质后的共晶硅中有较多的孪晶,孪晶轴为(111)Si,孪晶方向为(211)Si,共晶两相的位向关系符合[100]Al∥[110]Si.钠盐变质后的共晶硅以孪晶沟槽(TPRE)长大机制进行分枝、细化和弯曲,从而证明孪晶沟槽长大机制是产生变质结构的重要途径.     

基于执行时段滑动调整策略的中继卫星任务规划算法设计

针对中继卫星任务规划问题开展研究,提出一种基于执行时段滑动调整策略的任务规划算法。首先分析了中继卫星资源调度过程,并对任务申请的时间特征进行形式化描述,然后归纳出任务分配的主要约束,从而完成问题建模。在此基础上,对优化算法进行设计,给出了执行时段滑动调整步骤。通过调整已规划任务执行时段的方法,使部分原本无法执行任务具备执行可能,提升了任务执行率和资源利用率。在仿真实验中,通过大规模测试分析对比不同算法的优化效果,验证了文中所提方法的有效性。     

尺度效应下均压槽结构对空气静压轴承自激振动的影响

空气静压轴承表面的均压槽结构能有效提高轴承的承载特性,但气膜内由于湍动能变化引发流场振动,形成非线性的自激涡振,影响系统的动态稳定性.为了提高空气轴承的稳定性,基于静压气体润滑理论和稀薄气体动力学基本原理,建立空气静压轴承的气膜流场数学模型;通过数值模拟和实验测试相结合,分析了直槽、环槽、复合均压槽在不同均压槽截面形状...     

HTPB推进剂低温断裂性能试验研究

为研究温度和加载速率对HTPB推进剂断裂性能的影响,开展了HTPB推进剂低温断裂韧性试验,测定了不同温度和加载速率下含Ⅰ型裂纹推进剂试件的断裂韧性值,并研究了试件厚度对断裂韧性值的影响。结果表明:随着温度的降低和加载速率的增加,推进剂断裂韧性值逐渐增大,且断裂韧性值与加载速率的对数呈线性关系,温度越低,加载速率的变化对断裂韧性的影响越显著;在常温和-40℃下厚试件的断裂韧性值比薄试件要大,并且低温下这种变化更明显。最后得到了推进剂断裂韧性的二次函数主曲线。     

基于 CER的运载火箭研制费用估算

运载火箭研制费用估算是费用管理中的一个重要环节。正确估算研制费用对于方案选优、加强研制过程中的费用管理以及估算整个寿命周期的费用等都具有十分重要的意义。参考美国国家宇航局（ NASA ）的费用估算关系（ CER ）模型,提出了基于运载能力、起飞质量、外形尺寸等参数的参数-费用估算模型。鉴于我国运载火箭样本少的实际情况,采用偏最小二乘法（ PLS）对该模型进行了实证检验,估计值与真实值之间的偏差较小,估计效果比较理想。为下一步运载火箭研制方案筛选和费用管理提供了依据。     

基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计

针对涡轮盘在初期设计过程中可利用试验数据少的问题,采用区间模型描述不确定性,以非概率可靠性模型描述可靠性,提出了基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计方法.同时,为了提高该方法的计算效率,提出两级分阶段构造法,建立非概率可靠性指标关于设计变量的响应面函数,并以此响应面函数表征可靠性约束,从而将可靠性优化设计的双重优化过程转化为单重优化过程,简化了算法结构.典型涡轮盘强度可靠性优化设计算例结果表明,所提方法降低了对试验数据量的需求,且计算成本较低,计算效果较好,能够较好适用于涡轮盘的初期设计.     

航空发动机地面保障车电源系统设计

简述了电源系统的组成及供给能力,并制定了电源系统方案。根据航空发动机地面起动及地面保障车的用电要求,分析了系统的用电功率及设计要求。针对航空发动机在使用中易出现起动机输出轴薄弱环节处断裂现象,采用了合适的限流匹配设计技术。同时,在电源中引入超级电容设计技术,解决了蓄电池等在高原、负温环境条件下性能下降明显的问题,并提高了系统响应特性,增加了发动机瞬间所需功率。最后,通过试验对设计进行了验证。     

高速切削超高强度合金钢时次表面层组织特性研究

在切削速度范围157~314m/min内,在23-1析因设计的基础上,对兵器用难加工材料超高强度合金钢进行了高速干式铣削试验。在考查表面特征测量值———表面粗糙度变化规律的基础上,深入分析了加工表面层一定深度内微观金相组织变化规律与显微硬度变化规律。研究结果表明,高速切削超高强度合金钢时,切削用量对工件表面层组织特性有显著影响;高速加工过程对可见表面之下会产生塑性变形堆积层、回火马氏体、过度回火马氏体和回火索氏体等变化;当以较高的切削速度铣削超高强度合金钢时,选择较大的每齿进给量对工件表层金相组织造成的影响较小。     

基于罚函数序列凸规划的多无人机轨迹规划

多无人机（UAVs）轨迹规划是具有非线性运动约束和非凸路径约束的最优控制问题。引入序列凸规划思想,将非凸最优控制问题近似为一系列凸优化子问题,并利用成熟的凸优化算法进行求解,以更好地权衡最优性和时效性。首先,建立了多无人机协同轨迹规划的非凸最优控制模型。然后,利用离散化和凸近似方法将其转换为凸优化问题,包括对无人机运动模型的线性化,以及对威胁规避约束和无人机碰撞约束的凸化。同时,提出了一种离散点间的威胁规避方法,保证无人机在离散轨迹点间的飞行安全。在凸优化模型的基础上,给出了基于罚函数序列凸规划求解多无人机轨迹规划的具体框架。最后,通过数值仿真验证了方法的有效性,结果表明该方法在多机轨迹规划结果的最优性和时效性都要优于伪谱法,而且优势随编队数量的增加而增大。