金属激光增材制造过程数值模拟

金属激光增材制造过程中,热应力导致零件发生形变;气孔与熔合不良等缺陷降低零件的拉伸以及疲劳性能;熔池内的凝固微观组织,尤其是柱状晶等轴晶转变(Columnar to Equiaxed Transition,CET)是影响零件性能的重要因素。针对上述3个方面,回顾了金属激光增材制造数值模拟的发展历史,对其研究现状和存在问题进行了评述,阐述了金属激光增材制造过程中所采用的数值模型和数值方法,包括热应力分析的有限元(Finite Element Method,FEM)方法、模拟熔池金属液流动的计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),以及凝固微观组织模拟的相场法(Phase Field,PF)和元胞自动机方法(Cellular Automaton,CA)。在此基础上对金属激光增材制造过程数值模拟的前景及趋势进行了展望。     

串件拼修对策下K/N(G)结构系统可用度评估建模

针对作战编队自主保障期间,作战单元对装备故障仅具备换件修理、保障单元对备件修复概率小于1的保障特点,扩展备件管理多级(METRIC)模型,建立了装备冗余和外场更换件(Line Replaceable Unit,LRU)冗余结构下非串件策略和串件策略两级单层备件库存保障模型。以备件贮存空间为约束,可用度为目标,对非串件策略系统建立有限解空间下的分层边际优化模型。依据备件保障流程,基于蒙特卡罗仿真方法建立了两级维修保障仿真模型。实例分析结果表明:当系统可用度较低,采用串件策略能极大提高系统可用度;仿真结果与解析结果一致,本文建模方法正确。模型可为保障决策者制定编队随行备件方案提供参考。     

大型低轨道载人航天器电位主动控制

采用高电压太阳电池阵供电系统的低轨道(LEO)大型航天器会收集周围空间环境电子电流,使其被充电到较高的负电位,从而对航天器交会对接和航天员出舱产生严重的危害,因此对这种航天器表面电位进行主动控制可有效降低航天器运行风险和保障航天员安全。采用地面模拟试验的方法,利用空心阴极等离子体接触器发射电子的手段,模拟太空环境下对带负电航天器表面电位进行有效控制。研究结果表明,最小工质流率大于4.0 sccm时空心阴极发射的电子电流可以抵消航天器吸收的电子电流,实现航天器电位的自适应控制,将航天器表面电位钳制在20 V之内;且随着氙气流率的增加,钳位电压会更小。这一方法将有效避免航天员出舱活动和航天器交会对接时的放电危险,对中国航天器带电效应防护具有很重要的意义。     

超磁致伸缩电静液作动器的试验研究与特性分析

超磁致伸缩材料驱动的电静液作动器具有结构高度集成、性能影响因素多以及理论分析复杂等特点,为寻求超磁致伸缩电静液作动器可靠的理论分析方法以提高其输出性能,首先搭建了超磁致伸缩执行器与作动器试验测试平台,完成了执行器与作动器动态特性对比试验,在准确测试与观察试验现象的基础上,对超磁致伸缩电静液作动器进行结构分解,以各环节固有频率为理论分析切入点,采用试验、理论与有限元分析相结合的方法,分析了悬臂梁阀片、管路、液压缸以及蓄能器等动态特性对作动器输出性能的影响规律,总结出符合试验结果的理论分析方法并确定了影响与制约作动器输出性能的关键环节,最后提出了超磁致伸缩电静液作动器优化改进方案,优化后作动器试验结果显示：在200 Hz左右、0.6 MPa 的偏压作用下,选取 0.15 mm 厚度的阀片,作动器的输出性能达到最佳,其输出流量最大可达1.2 L/min。     

卫星动量轮灵敏性变异分析

基于模糊理论提出一种非线性卫星动量轮灵敏性变异分析的数值方法,以工程实际中的模糊相似关系转化为空间向量的模糊等价关系,来评估稳定系统的总体变异本质特征.并通过仿真均匀分布、线性分布以及周期分布的时间数据序列验证了该模型的可行性;以3套卫星动量轮实际稳态运转实验见证了该方法的实用性和有效性.其中动量轮A的最小灵敏系数为0.678,大于0.5阈值,表明其运转期间灵敏性十分良好;动量轮B的最小灵敏系数为0.439,小于0.5阈值,其运转期间灵敏性有所变异;动量轮C的最小灵敏系数等于0.5阈值,其关系最为模糊并介于稳定与变异之间.该模型实时预测并描述了动量轮灵敏性变异过程,且适用于诸多航天领域的非线性乏信息问题.      

航空发动机叶片突丢后动载荷对螺栓强度的影响

航空发动机使用过程中,若发生叶片丢失,除了会导致非包容性破坏外,还会产生动态载荷,从而可导致发动机的连接螺栓破坏,引发更大的故障。针对风扇试验件试验时因叶片丢失而引发的连接螺栓断裂故障,计算了单个风扇叶片丢失后转子支点处产生的动态载荷,分析了动态载荷作用下危险截面处螺栓的应力,并结合断口分析结果验证了分析结果的正确性。本研究成果可为航空发动机转子在叶片丢失情况下的强度设计提供极限载荷输入。     

污垢沉积影响叶片表面换热的研究

选用了两个实际透平叶片MARKⅡ静叶和某高压透平静叶,前者为光滑叶片,后者为表面覆盖有圆台的粗糙表面叶片.利用CFD数值模拟技术对叶栅流道特性和叶片表面换热分布进行数值模拟计算,数值计算结果与实验结果对比验证了数值方法的可靠性.研究表明,准确预测转捩位置和选取合适的y+值是计算叶片表面换热特性的关键,剪切应力输运(SST)转捩模型预测的结果最令人满意.在粗糙叶片表面数值计算中,对表面粗糙度模型进行验证,然后详细分析了污垢沉积对叶片表面换热的影响.结果表明:随着叶片表面粗糙度的增大,叶片近壁面湍流增强,叶片的表面传热系数增大.      

面向Android智能终端的多模GNSS实时非差精密定位

Android操作系统中全球导航卫星系统(GNSS)原始数据的开放为大众高精度位置服务的应用带来了重要机遇。在对Android系统GNSS原始数据特性分析的基础上,利用智能终端GNSS原始数据实现了实时非差精密定位,研制了面向Android平台的实时精密单点定位(PPP)软件PPPAnd,并开展了实际环境下的定位测试。测试结果表明:基于Android终端GNSS原始数据的实时静态伪距单点定位精度(RMS)为1.16m(水平方向)和1.51m(垂直方向),较其自身位置速度和时间(PVT)解算结果分别提高了70%和76%;实时静态精密单点定位解算结果的精度(RMS)为0.62m(水平方向)和0.66m(垂直方向),较PVT结果分别提高了87%和82%,精度收敛至1m以内所需时间约8min,并且收敛后的精度可达亚米级;城市环境中车载实时动态精密单点定位的水平和垂直精度(RMS)分别约为1.32m和0.81m,较PVT结果分别提高了39%和65%。     

微型定位导航授时系统集成设计

针对定位导航与授时系统的微小型化、一体化应用需求,提出了一种微型定位导航授时(Micro-PNT)系统集成方案,该方案是微小飞行器在GNSS拒止条件下可靠工作的有效解决手段。系统基于电路刚挠一体化工艺和器件空间布局优化技术,集成了MEMS惯性仪表、芯片级原子钟、处理器、电源芯片等功能器件,实现了系统的微型化、一体化。文中阐述了系统的集成架构和软件工作流程。通过系统样机的研制,验证了集成方案的可行性。通过分析系统样机的集成特点,指出其微型化存在的问题。最后,结合关键器件和三维微系统集成技术发展,给出了Micro-PNT微系统集成架构。     

基于仿真数据的测试性验证序贯设计方案

针对当前测试性验证试验设计方案均存在确定的故障样本量较大以及验证周期长的问题,提出了一种基于仿真数据的测试性验证序贯设计方案。首先,基于二项分布模型确定序贯设计的判决阈值;然后,在序贯试验下基于给定的样本量分配和故障模式选取方法,采用仿真的方式生成相应的故障模式并进行验证试验。同时,以序贯方式计算相应的概率比,通过其取值动态判定接受/拒收。结果表明,与传统方法相比,该方法与经典验证方法具备几乎相同的抽样特性,能达到有效减少测试性验证试验所需故障样本量的目的。