民用飞机机身壁板复杂试验载荷优化技术

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型,并计算了各试验基准载荷作用下的机身壁板应变矩阵;其次,基于机身壁板在全机身受载状态下和试验受载状态下的应变矩阵之差,同时考虑矩阵中各元素的加权系数,构建了机身壁板应变误差矩阵,并以应变误差矩阵所有项的平方和最小为目标,以各基准载荷的系数为优化变量,以各基准载荷系数的上下限为约束,构建了基准载荷系数优化函数;基于罚函数法对优化函数进行了无约束处理,并利用最速梯度法进行了载荷系数优化;最后,基于优化得到的载荷,计算了机身壁板在试验复合载荷作用下的应变,并与机身壁板在全机身受载状态下的应变相对比,应变的分布趋势基本一致,应变误差在10%以内,证明该方法可以为机身壁板试验载荷的确定提供支持。     

超声速民机总体气动布局设计关键技术研究进展

超声速民机已成为世界民机未来发展的主要方向之一。超声速民机由于涉及声爆等一系列特殊的技术问题,比亚声速民机的性能要求更苛刻,对总体气动布局设计提出了更高要求。首先,根据设计思想和主要技术特点,将世界迄今为止的代表性超声速民机布局方案划分为三代：第1代布局主要旨在实现民用超声速飞行并兼顾高低速性能,基本为三角翼/双三角翼布局;第2代布局更加重视低声爆/低阻性能,主要采用大后掠箭形翼布局;第3代布局在低声爆/低阻要求基础上,更加注重多学科综合性能和技术可行性,主要采用“大后掠机翼+鸭翼/T尾/V尾布局和发动机短舱背负式/尾吊式”的布局。其次,梳理了新一代超声速民机总体气动布局设计目前面临的技术瓶颈和难点,对总体设计技术、低声爆设计技术、超声速减阻技术和飞-发一体化设计技术的国内外研究进展和现状进行了综述和分析。最后,展望了新一代超声速民机总体气动布局的发展趋势,针对仍需突破的关键科学与技术问题,探讨了重要研究方向。未来将优先发展超声速公务机或中小型超声速民机,其布局技术特点趋近于第3代布局,声爆、减阻、飞-发一体化、起降噪声、气动弹性、人机功效等方面的综合性能和工程可实现性将成为重点研究对...     

基于月球借力的低能DRO入轨策略

在地月空间的远距离逆行轨道（DRO）部署月球轨道站可显著降低月球开发成本,并可作为未来小行星探测和载人火星任务的跳板。月球轨道站的在轨建造和货物补给任务中,提高航天器入轨质量是重要问题。从地球至DRO的转移轨道可以采用弱稳定边界（WSB）转移轨道降低入轨脉冲,但是直接抵达WSB需要较高的火箭发射脉冲。研究了基于月球借力的弱稳定边界DRO入轨策略,首先通过“近月点庞加莱图”和“v无穷匹配”获得较好的轨道初值,接着采用“多步打靶”在星历下对转移轨道进行修正,上述方法有效提高了该类型转移轨道的计算效率。对于共振比2∶1的DRO轨道,总脉冲最优解的地球发射脉冲3.127 km/s（与直接抵达WSB相比降低60～70 m/s）,飞行总时间102.88 d,DRO入轨脉冲仅需66.1 m/s。     

航空母舰舰载机弹药保障作业调度优化算法

针对航空母舰舰载机弹药保障作业高动态、多阶段特性,将柔性流水车间调度方法和群体智能优化理论相结合,提出一种面向舰载机弹药保障作业的调度优化算法。提出将复杂的弹药保障作业调度问题抽象规约为一类考虑工件交货期的柔性流水车间调度问题,引入启发式规则,构建兼顾高效性和可靠性实战要求的弹药保障作业调度数学模型ATSCA。结合弹药保障作业问题特征,设计提出一种基于双层整数编码的贪婪局部搜索遗传算法（GLSGA-DC）,改进操作算子和局部搜索算法设计,以最小化弹药保障完成时间为目标对保障模型进行求解。多组仿真结果表明,相比于同类算法,GLSGA-DC算法在Benchmark基准算例和实际弹药转运实例实验中均取得优秀的效果,在求解均值（AVG）、相对偏差（RD）等指标方面均明显占优,验证了ATSCA模型和求解算法在实际弹药保障任务中的有效性和鲁棒性。     

一种新的基于可解释性置信规则库的飞轮健康状态评估模型

飞轮系统的稳定运行对于航天器在轨安全影响重大,因而对飞轮系统进行健康状态评估至关重要。在进行飞轮系统健康状态评估建模时,不仅要求模型能够处理各种不确定性以保障评估结果的准确性,同时要求其具有透明合理的评估过程与可解释、可追溯的评估结果。因此,在深入研究置信规则库（BRB）建模方法的基础上,构建了一种新的基于可解释性建模的置信规则库（BRB-e）飞轮系统健康状态评估模型。首先,结合飞轮系统特征对模型的可解释性建模准则进行定义;在此基础上,设计了BRB-e评估模型的推理过程;然后,基于鲸鱼优化算法（WOA）,提出了一种具有可解释性约束的BRBBRB-ee模型参数优化方法;最后,通过对某飞轮系统中轴承组件的评估案例研究,验证了模型在飞轮系统健康状态评估中的有效性。对比研究表明,BRBBRB-ee模型在评估结果准确性和评估过程可解释性方面具有一定的优势。     

具有边界保护性能的直升机飞-发一体化控制律

针对直升机飞-发一体化控制和边界保护控制问题,提出了一种基于投影算子的新型边界保护控制律设计方法,基于反馈控制概念设计了指令约束器,通过对控制指令进行修正,实现边界保护控制。基于UH-60直升机和T700涡轴发动机的参数,建立了直升机-传动机构-发动机综合系统的数学模型,采用动态逆和线性二次型调节器（LQR）控制理论设计了直升机飞-发一体化控制律,与基于投影算子的边界保护控制模块进行整合形成完整控制律。采用数值仿真检验了控制律的控制性能,仿真结果表明本文设计的控制律能够实现直升机和发动机的综合控制,在高度、滚转、俯仰、偏航通道实现显模型跟踪控制性能的同时,实现了高度变化率、姿态角、姿态角速率和发动机动力涡轮转速边界保护控制要求。     

微小狭缝肋矩形通道多目标优化

开展了矩形通道内微小狭缝肋的换热和流阻性能的多目标优化研究。选取缝宽、相邻缝间距、狭缝的前端面和后端面与壁面距离四个参数作为优化变量,采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）获得了Pareto最优解。分析了Pareto最优前沿面上四种优化方案下微小狭缝肋的流动和传热热特性。结果表明：优化后的微小狭缝肋的换热能力与实心肋相当,而流动阻力有所降低,肋壁的换热均匀性得到显著提高。     

带前缘冲击的一体化加力支板内外耦合传热数值研究

以全气膜覆盖的一体化加力支板为研究对象,将冲击板布置于支板内腔中,研究气膜出流-前缘冲击复合冷却结构下一体化加力支板内外流气-固耦合传热特性。开展了不同主次流温比（2.24～2.76）、不同冲击间距（H/D=1,2.5,4）等参数对支板内外流动特性、内外壁面对流换热系数分布和支板综合冷却效率的影响规律分析。研究结果表明：冲击板结构改变了支板腔内冷气流动及各排气膜孔流量分配,随着冲击间距的增大,冲击腔内对应气膜孔冷气量依次下降2.68%,3.80%,7.14%;此外,冲击板结构增强了支板前缘内外壁面对流换热,其中对内壁面对流换热的强化更为显著,前缘冲击滞止线处对流换热系数提升幅度依次为298.3%,354.5%,271.9%;冲击板的存在提高了壁温分布均匀性,而整体平均综合冷效随冲击间距的增大而增大,分别提升1.64%,2.26%,2.62%;随着主次流温比的增大,支板的综合冷效减小,但是下降的趋势逐渐减小;在主次流流量不变的情况下,随着冲击间距的增大,主次流压比减小,相比无冲击板模型,其变化幅度依次为0.395%,0.012%,-0.650%。     

飞机和发动机控制一体化通用要求标准研究探索

通过分析国外现代军民用飞机和航空发动机研制发展趋势,对我国急需的飞机与发动机控制一体化通用要求标准技术内容展开论述,并初步提出标准制定的主要框架和内容,为我国飞机和发动机一体化研制提供标准支撑并提供制定依据和发展方向。     

零泊松比蜂窝面内拉伸力学响应的有限元模拟

自适应飞行器因其对于不同飞行阶段的空气动力学适应性,逐渐成为航空航天研究的重点领域。可变形蒙皮不仅需要具有良好的面内拉伸变形性能,同时材料结构也需要具有一定的刚度来应对飞行过程中的载荷。本文提出以由高性能工程塑料聚醚醚酮（PEEK）材料制备的折线形蜂窝和U形蜂窝材料作为蒙皮结构,通过数值模拟计算确定柔性蒙皮的面内拉伸变形模式及两种蜂窝材料的形状尺寸参数对其面内拉伸变形力学响应的影响。结果表明,折线形蜂窝和U形蜂窝材料的面内变形模式呈现高度一致性,同时,两者的面内拉伸变形性能与蜂窝胞元长度和高度成正比,而与蜂窝厚度成反比。本文研究结果可为变体结构的设计与制备提供理论支持。