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。     

寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响

随着开关频率的增大,寄生电感对碳化硅(SiC)器件动态开关过程的影响程度也越来越大,无法充分发挥其高速开关下低开关损耗的性能优势。本文采用理论定性分析与实验定量研究相结合的方法,考虑相关寄生电感,对SiC MOSFET基本开关电路建立数学模型,确立影响开关特性的主要因素,然后通过SiC器件高速电路双脉冲测试平台,对各部分寄生电感对SiC器件开关性能的影响进行系统研究,揭示寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响规律。在此基础之上,根据SiC高速开关电路实际布局的限制,在布局紧凑程度或回路走线总长度相对不变的情况下,对各部分寄生电感的匹配关系进行研究,归纳出SiC器件开关过程受寄生参数影响的特性规律,从而指导SiC基高速开关电路的优化布局设计。     

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。     

集成微波光子技术的现状及其宇航应用浅析

集成微波光子技术具有小尺寸、大宽带、可调谐和低功耗等优势,在未来高通量卫星载荷技术中极具应用前景。本文围绕集成微波光子技术宇航应用的两个关键技术--集成光子技术和集成封装技术,通过分析近几年国内外的发展状况,对目前我国集成微波光子宇航应用所面临的几项挑战进行了总结与分析。     

高模量碳纤维单向板压缩失稳破坏界面模式验证分析

鉴于高模量碳纤维复合材料压缩强度实测值和理论计算值的较大误差,为了更好地分析高模量复合材料的压缩性能,针对纤维含量为69%的国产高模量M40J环氧单向板的纵向受轴压破坏的试件,用台式扫描电镜拍摄了单向板受压断裂时断裂面的照片,通过观察分析可知单向板在受压时由于纤维屈曲失稳产生了破坏。随后建立了单向板细观力学有限元模型,分析得到了单向板的弹性模量,并将强度极限试验值与经典的以纤维的小波长微失稳为假设的伸长型压缩强度和剪切型压缩强度等理论值做了对比,最后得到了与实测结果比较吻合的细观力学模型。相比较于单向复合材料经典压缩强度理论,采用这种圆柱组合体单向板有限元模型分析得出的高模量复合材料压缩性能更接近试验实测值,对于高模量复合材料的设计和应用有一定的参考价值。     

一种太赫兹机电波导开关的设计

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及切换的需求,设计了一种工作于114 GHz～173 GHz频段的无间隙C型机电波导开关。首先,采用等效电路理论进行传输线匹配设计,并分析了波导口宽边和窄边错位对电压驻波比的影响;之后,依据导体损耗理论分析了金属壁电导率对插入损耗的影响,并运用HFSS软件对通道长度、表面粗糙度等因素进行参数敏感性分析;最后,提出了一种新型扼流槽加载方式。结果表明：开关的驻波比与弯曲半径成正比,考虑到定子强度及小型化设计,应选择合适的弯曲半径;采用银镀层有利于提高插损指标,且在太赫兹频段,为降低插入损耗,微波通道的表面粗糙度应优于0.8 um。最终,在114 GHz～173 GHz频段,开关的电压驻波比小于1.1,插入损耗小于0.45 dB,隔离度大于80 dB,耐功率为3000 W,满足设计要求。     

含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型

开孔的存在会显著地降低复合材料结构的强度。基于应力场强法的思想,提出了一个预测含圆孔复合材料层合板剩余强度的工程简化模型。采用大量试验数据,对本文提出的应力场强法模型与其他典型的特征距离法模型进行了评估分析。结果表明,应力场强法和平均应力准则法预测能力要优于点应力准则法和损伤区域准则法,应力场强法预测值与试验吻合程度略优于平均应力准则法。     

飞翼无人机低速着陆状态抖振响应研究

基于RANS方程和SST湍流模型,采用飞翼无人机升力系数判据、俯仰力矩判据和表面极限流判据等对抖振始发迎角度进行了预测估计。基于较为详细的结构模型和气动模型,构造了结构与气动的耦合求解技术,同时采用弹簧近似光滑和局部重构组合方法对气动的动网格技术进行更新;然后分别在时频域内分析了飞翼无人机的抖振载荷响应。研究结果表明:基于CFD的RANS方程、SST湍流模型及各类判据预计刚性飞翼无人机在低速大迎角状态下的抖振始发迎角可以得到较为合理的结果;采用升力系数判据、俯仰力矩系数判据预测的抖振始发迎角与表面极限流判据预测的始发迎角相比要保守一些;而表面极限流判据方法能给出翼面气流流动的细节,采用此判据可以分析对比不同迎角下的翼面气流流动变化情况;与气动弹性及嗡鸣响应相比,抖振是一种强迫振动,其响应频率并不单一。     

一种新的旋翼动态尾迹模型研究

针对直升机大机动实时飞行仿真的需求,提出了一种新的旋翼动态尾迹模型,并开展了初步的验证研究。该模型采用涡环单元来表示旋翼尾迹涡系,每个涡环具有5个刚体运动自由度和1个半径伸展收缩自由度,可描述大机动飞行中旋翼尾迹的拉伸、压缩、倾斜、弯曲等动态畸变行为,并给出桨盘或空间任意区域的旋翼尾迹瞬态诱导速度分布。以悬停状态旋翼拉力和俯仰角速度阶跃突增为算例,通过与尾迹畸变增广的Pitt-Peters动态入流模型的对比分析,验证了本文模型的正确性和实时性,并得到了一些新的结论。     

基于Greenwood叶间燃烧室实验模型的数值计算

为分析新型叶间燃烧室的燃烧性能,以叶间燃烧室试验模型为研究对象,用Realizable k-ε湍流模型、非预混PDF 燃烧模型,数值模拟了燃烧流场特性。燃油颗粒大部分在环形腔顶部区域蒸发混合,火焰在环形腔底部连通,形成旋流燃烧,涡轮径向斜槽内出现温度较高的火焰区。涡轮径向斜槽结构以及主流的卷吸作用对燃烧产物与一次气流的掺混存在影响。贫油燃烧方式工况燃烧性能较优,富油燃烧方式工况的径向平均出口温度线型较好。计算结果与相同操作条件下的试验结果符合较好。