Dimensional Variation Modeling of Aircraft Compliant Part Assembly Considering Clamping Force Change

Compliant parts are widely applied to aircraft structures. Due to the ease of deformation of compliant parts in assembly,the prediction of assembly variation is especially important for assembly quality control. A dimensional variation model considering the clamping force change in assembly is proposed based on the method of influence coefficient(MIC). First,the assembly process is decomposed into several steps including positioning,clamping,joining,and spring-back. Then,the force-displacement relationship is formulated according to the varied force conditions on the parts in each assembly step. Finally,two examples are illustrated to validate the proposed assembly variation model. The results show the impact of clamping force change is significant on the assembly variation,and the proposed model can predict the assembly variation more accurately than the referred method without clamping force correction at the over-constrained locating points of fixture.     

Rotation Control of a 3-DOF Parallel Mechanism Driven by Pneumatic Muscle Actuators

The pneumatic muscle actuator(PMA) has many advantages,such as good flexibility,high power/weight ratio,but its nonlinearity makes it difficult to build a static mathematical model with high precision. A new method is proposed to establish the model of PMA. The concept of hybrid elastic modulus which is related to the static characteristic of PMA is put forward,and the energy conservation law is used to achieve the expression of the hybrid elastic modulus,which can be fitted out based on experimental data,and the model of PMA can be derived from this expression. At the same time,a 3-DOF parallel mechanism(a new bionic shoulder joint)driven by five PMAs is designed. This bionic shoulder joint adopts the structure of two antagonistic PMAs actualizing a rotation control and three PMAs controlling another two rotations to get better rotation characteristics. The kinematic and dynamic characteristics of the mechanism are analyzed and a new static model of PMA is used to control it.Experimental results demonstrate the effectiveness of this new static model.     

超高速机械密封副离子注入与摩擦学特性研究

超高速机械动密封需满足CZ-5运载火箭伺服系统中涡轮泵可靠性及寿命指标要求。离子注入作为重要的金属材料表面改性技术,对有效改善机械密封副旋转环表面摩擦磨损特性至关重要。在对密封动环表面离子注入可行性研究的基础上,提出了对其密封副配对摩擦磨损特性进行综合验证的试验方案。通过选取常用典型石墨与旋转金属环配副进行干磨条件下的试验测试,改变线速度、端面比压,使用摩擦磨损试验机对比分析了配对摩擦副的摩擦磨损特性,系统研究了载荷和转速对密封副配对摩擦系数的影响规律,揭示其密封摩擦学特性。通过机械密封在温度应力下的工作可靠性分析以及密封副整机稳态工作性能验证,为超高速涡轮泵的寿命与可靠性试验验证提供了一个合理的、高效费比的技术途径。     

全复材机翼桁条的结构布局和尺寸对刚度的影响分析

利用薄壁结构力学剖面计算的理论,通过计算获得全复合材料机翼的扭转和弯曲刚度及刚心位置,并进一步研究了桁条的结构布局对机翼整体结构刚度的影响。结果表明:机翼的剖面刚度随桁条的尺寸和分布的变化而改变,桁条最佳间距为130~150mm。该内容的研究为复合材料飞机机翼结构设计和气动弹性分析提供了重要依据。     

结冰风洞中过冷大水滴云雾演化特性数值研究

为明晰结冰风洞中过冷大水滴（SLD）云雾演化特性,发展了基于欧拉法的SLD液滴运动、传热和传质耦合计算方法,针对3 m×2 m结冰风洞主试验段水平收缩构型,分析了SLD云雾沉降收缩特性、动量平衡特性和热平衡特性,探索了液滴变形破碎的影响,评估了构型出口处SLD液滴动量平衡和热平衡状态。研究结果表明：直径超过250 μm的SLD液滴在构型内会发生显著形变,液滴尺寸越大则变形程度越强,尤其在160 m/s工况下,当液滴直径超过750 μm后,SLD液滴甚至会发生破碎;液滴变形破碎效应会增大液滴加速度和液滴温度下降率,促使SLD液滴趋近动量平衡和热平衡状态;SLD云雾（最大液滴直径小于1 000 μm）在构型出口处会出现显著的粒径浓度分层、动量分层和热分层现象,其中直径小于100 μm的小尺寸液滴速度快、温度低且不断凝结,趋于平衡态,但直径超过500 μm的大尺寸SLD液滴速度慢、温度高且不断蒸发,则显著偏离平衡态;增大试验段气流速度尽管会减弱SLD云雾粒径浓度分层程度,但会增强动量分层和热分层程度,尤其在160 m/s工况下,SLD云雾会均匀分布在构型出口中心区域内（-0.75 m < Y < 0.75 m且-0.5 m < Z < 0.5 m）,与其平衡态间的最大速度差和温度差将分别超过18 m/s和20℃。     

全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究

研究绳系结构和绳索预紧力对全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率的影响。首先,基于绳索并联机构理论,对双索悬挂系统进行静力学建模,引入加权矩阵,推导了双索悬挂系统静刚度模型;其次,建立双索悬挂系统无阻尼振荡方程,分析双索悬挂系统刚体模态频率变化规律;进而,搭建了双索悬挂系统地面样机,开展系统模态频率测试试验,研究系统刚体模态频率的影响因素及其变化规律;最后,参考试验结果修正所建数学模型。结果表明,随着绳索预紧力的增加,系统刚体模态频率呈上升趋势,但各阶刚体模态的固有频率上升速率不同,平动模态的固有频率受绳索预紧力影响比转动模态小得多;在转动模态方面,滚转模态的固有频率最大且上升快;在平动模态方面,升沉模态的固有频率大于横侧滑模态的固有频率;双索经过的机身前后滑轮与飞机模型质心之间的相对位置变化会不同程度地影响支撑系统俯仰模态、偏航模态的固有频率,但几乎不影响其滚转模态的固有频率。研究发现,通过控制悬挂绳索预紧力的大小,合理设计机身上的滑轮安装位置,能够有效降低双索悬挂系统刚体模态频率。研究结果对于优化设计全模颤振双索悬挂系统具有指导意义。     

针栓式喷注单元膜束撞击雾化混合过程数值模拟

为了全面认识针栓式喷注器喷雾场结构,基于自适应网格加密技术和分三相计算的PLIC VOF（Piecewise Linear Interface Calculation Volume of Fluid）方法对针栓式喷注单元膜束撞击雾化混合过程进行了仿真分析,通过对两路推进剂分别进行界面追踪,获得了膜束撞击雾化混合过程的详细结构特征,与高速摄影试验结果定性定量对比均吻合较好,验证了数值方法的准确性。以此为基础对膜束撞击的喷雾场结构、撞击变形过程、流场涡结构、雾化破碎典型特征及破碎后的雾化混合分布特征进行了识别分析,结果表明：膜束撞击形成了液束未穿透液膜和液束穿透液膜2种不同的喷雾扇结构。膜束撞击形成的喷雾扇呈Ω形,膜束同时发生弯曲变形和横截面变形。另外,膜束撞击同时受到正压和剪切应力作用,导致了一系列复杂涡流现象,使得相互作用增强,雾化混合均增强,这也是膜束撞击喷注构型优于膜膜撞击的本质原因。最后,还发现膜束撞击喷雾场液滴分布呈现分区结构特征,分别是液束控制主导的上雾化区、液膜控制主导的下雾化区及夹在中间的混合区,实际中应兼顾雾化特性和混合特性,选取中等动量比膜束撞击,这可为针栓式喷注器的理论研究和工程设计提供重要参考。     

扩压叶栅叶尖非定常流动的涡动力学机理

为了揭示压气机叶尖区旋涡结构与流动非定常性之间的关联,采用URANS对一亚声速平面扩压叶栅在不同攻角下的流场进行了求解,并借助Q判据提取了叶尖瞬态涡系结构。结果表明：泄漏涡的破碎现象能够通过诱导新的涡结构间接作用于相邻通道的叶尖流动,是导致叶尖流场失稳的关键因素。在-0.3°和+0.7°攻角下,叶尖泄漏涡发生了螺旋破碎,并伴随有非定常诱导涡的出现,诱导涡对相邻叶片载荷的影响使得叶尖泄漏涡发生周期性摆动;在+1.7°攻角下,泄漏涡破碎会导致反流涡的形成,反流涡的输运会给叶片载荷和来流攻角带来非定常扰动,反过来又会作用于泄漏涡的破碎和反流涡的生成,最终表现为一种自维持的非定常流动现象。     

规则回转体自动铺丝轨迹规划与丝束增减

为满足自动铺丝轨迹的满铺覆性要求,针对现阶段自动铺丝轨迹规划存在的不足,提出了不同的丝束增减算法。首先讨论纤维铺放方向的确定和中心轨迹数量的计算,设计不同铺放方向轨迹的生成算法。然后以丝束重叠系数为重要参数,对于纤维局部堆积和空缺问题提出单侧纤维裁剪算法和双侧纤维裁剪算法,并对裁剪后的重叠区域和间隙区域进行面积求解,使得纤维丝束均匀覆于芯模表面。最后基于CATIA CAA二次开发平台,将上述算法集成到纤维铺放CAD系统中,通过运动仿真系统验证算法的正确性。利用提出的丝束增减算法,实现了间隙/重叠区的均匀分布,尽量降低了富树脂区等相关缺陷的聚集对性能的不良影响。     

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.