微型飞行器的仿生力学——蜜蜂悬停飞行的动稳定性研究

研究蜜蜂悬停飞行的纵向动稳定性问题。用数值求解N-S方程的方法计算拍动翅及身体的气动导数;用特征模态分析方法求解运动方程。蜜蜂悬停飞行的纵向扰动运动由3个特征模态构成:不稳定振荡模态、快衰减模态、慢衰减模态。不稳定振荡模态主要为俯仰与水平方向的振荡运动;向前运动伴随上仰运动,向后运动伴随下俯运动,这种水平运动与俯仰运动的耦合产生的与转动方向同向的力矩,是不稳定的原因。快衰减模态主要为单调下俯和向前(或上仰和向后)运动。慢衰减运动主要为下沉(或上升)运动。由于不稳定振荡模态的存在,蜜蜂的悬停飞行是动不稳定的,扰动增长的倍幅时间(0.11s)是拍动周期(5.1ms)的22倍,这对蜜蜂来说是较慢的。这里的结果也许可解释蜜蜂为何悬停得很平稳,同时机动性也很好:扰动增长慢,易于调整翅的运动以抑制之(昆虫可在远小于拍动周期的时间内调整其翅膀的运动);而稳定性弱或不稳定为高机动性提供了基础。     

某型直升机旋翼桨毂离心试验台设计

为了进行某型直升机旋翼桨毂离心限动器试验,模拟旋翼桨毂在低转速、高转速状态下,离心限动块能够完成打开和复位试验,设计了旋翼桨毂离心试验台。通过计算旋翼桨毂在高低转速下的性能指标参数,结合离心限动器试验需求,实现在程序控制下的动态稳定状态条件,同时完成离心限动器完全关闭和打开的转速和位移量的实时测量并确保试验安全。     

惯导系统动基座对准精度试验评估

舰船、飞机武器装备出航前,其装备的惯性导航系统需要进行初始对准,由于实际使用环境的影响,载体可能受到扰动而产生摇摆运动,从而对惯导系统的对准造成干扰.为了提高惯导系统的对准导航精度,需要研究惯导系统在动基座条件下的对准技术方案,基于实际系统的试验验证是技术研究和产品检验交付的重要环节,为了有效评估惯导系统动基座对准的精...     

民机侧壁板结构鸟撞动响应分析研究与优化设计

参考某民用客机座舱盖侧壁板结构的三维模型,基于鸟撞事故过程的特点与规律,在PAM-CRASH环境中建立了有限元鸟撞模型,计算所得的结果与试验结果吻合较好。根据分析结果,提出了几种侧壁板抗鸟撞设计的优化方案。从装配协调、结构重量损失等各方面比较了各种优化方案,通过有限元鸟撞模型对各方案抗鸟撞性能进行了动响应分析、比较。分...     

飞翼气动优化中参数化和网格变形技术

几何参数化和网格变形是飞行器气动外形数值优化迭代过程中的两个关键技术。基于非均匀有理B样条(NURBS)的自由型面变形(NFFD)技术对几何表示形式具有普适性,距离权函数(DWF)网格变形技术具有计算快速和网格拓扑无关性,两者广泛应用于曲面优化。基于NFFD技术改进了反求参数的Newton迭代算法,并通过提高物面附近网格刚度改进的距离权函数(IDWF)技术使其适用于更大程度的网格变形。还提出了改进后的参数化和网格变形两种技术并行计算的具体实现算法。结合离散伴随方法,使用参数化和网格变形技术,实现了由NACA0012初始翼型到飞翼标准翼型EH1590的反设计;针对某飞翼标模完成了单点全机升阻比优化,升阻比提高约18%。数值结果表明,建立的NFFD和IDWF动网格技术可满足飞翼气动外形优化参数化和快速网格变形的需求。     

基于时间谱方法的飞行器动导数高效计算技术

针对动导数计算工程应用亟需的高效、高精度发展目标,提出求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的时间谱方法(TSM)的全隐格式,以改善采样点数较大时的数值稳定性,并将TSM离散推广到Menter剪切应力输运(SST)湍流模型,以提高TSM的工程实用性。将TSM应用于数值模拟NACA0015强迫振荡,所得计算结果与试验数据和双时间步(DTS)方法的计算结果均能较好地吻合,验证了TSM对周期运动的模拟能力。采用发展的TSM对高超声速HBS标模和超声速Finner标模进行计算,并分析研究攻角和马赫数对动导数的影响规律。结果表明:对于周期运动,具有与DTS方法相当的计算精度,但TSM的计算效率会随来流马赫数的增大而提高,其效率优势在高超声速范围时可达一个量级以上。     

全角模式半球谐振陀螺振型控制与角度检测

传统半球谐振陀螺采用力平衡工作模式,这种模式仅能直接检测实时转速,且动态范围较小,限制了半球谐振陀螺在具有大动态机动特点的应用场景中的使用。相比之下,全角模式半球谐振陀螺通过滞后角与陀螺转动角度之间的比例关系进行角度检测,相比力平衡模式,具有直接角度检测的功能和更大的动态范围。对全角模式半球谐振陀螺进行了研究,介绍了全角模式半球谐振陀螺的控制与信号处理的方法,以及全角模式半球谐振陀螺系统的实现。该系统通过基于相干解调的信号处理算法,实现了谐振振幅参数的解算,通过PI控制器、正交分解及乘法调制实现了跟踪谐振振型进动控制作用,通过谐振振型进动角度解算器直接解算了陀螺的转动角度。通过数字仿真与实物实验结果可知,所介绍的全角模式半球谐振陀螺系统能够实现不依赖于积分运算的角度检测功能,且较之于力平衡模式,其半球谐振陀螺动态范围有了一定程度的提高。     

突加不平衡激励碰摩转子反向涡动分析

建立了考虑叶片-机匣碰摩、挤压油膜阻尼的模型,推导了转子发生失稳的判别条件。从复非线性模态角度分析了突加不平衡激励下转子的动力特性,揭示转子反向涡动响应的形成过程及存在条件。通过参数分析获得转子发生反向涡动的敏感参数及其影响规律,并根据突加不平衡激励下转子反向涡动的响应特征分析某航空发动机叶片飞失故障。计算结果表明：转子能够发生反向涡动需要满足两个条件,其一,转子本身存在反进动模态失稳区;其二,冲击载荷使叶盘幅值达到反进动模态阻尼失稳点并进入反进动模态失稳区。实际航空发动机转子中具有因突加不平衡而发生反向涡动的风险,会造成支承结构破坏,严重威胁航空发动机的安全。增加转子阻尼、降低叶尖-机匣摩擦因数、降低静子叶片刚度、采用挤压油膜阻尼结构均有利于降低该风险。     

基于响应传递比的转子叶片动应变重构

提出基于响应传递比的转子叶片动应变重构方法,从系统应变频响特性出发,在频域获得应变-应变响应传递比关于模态振型的解析表达式,建立叶片已知测点应变与不可测位置应变的映射关系;开展高速旋转叶片动应变测量实验,建立叶片有限元模型,并采用转子叶片前4阶固有频率的实验结果修正有限元模型;开展考虑转速影响的转子叶片模态分析,提取对应的应变模态振型,计算得到单模态振动下应变-应变响应传递比;综合应变响应传递比和实测动应变重构叶片不可测位置的动应变。实验结果表明:与应变片实测结果相比,基于响应传递比的转子叶片动应变重构结果相对误差小于10%。