国防CAE软件应用调查报告

CAE,即计算机辅助工程,主要指用计算机对所设计的产品的功能、性能与可靠性等进行计算和优化设计,对未来的工作状态和运行环境进行模拟仿真,并优化设计方案,以证实未来工程产品的实际性能。CAE可以用于静/动力学分析、流体力学分析、振动/弹性分析、热传导分析、噪声分析、辅助实验设计和虚拟样机制造等方面,并为上述领域的工作带来革命性的变化。目前,CAE工具已成为工程师们基本的工作手段,很多领域已是必须依靠CAE才能有效工作,例如在航空领域中,由于对产品高性能和高可靠性的需求,因此对CAE仿真平台也提出了更高的要求,航空企业迫切需要通过高性能的仿真平台对不同部件进行系统开发,以便在设计的初期阶段就可以对系统关键属性进行仿真分析。本次调查以问卷形式,面向CAE软件供应商、相关领域用户和相关研究机构3个方面展开。在CAE供应商方面,主要面向在国防领域有较多应用的供应商,如:安世亚太、ANSYS、ABAQUS、MSC、LMS、ESI、SAMTECH、DS、Altair、Solidworks和紫瑞CAE等;相关领域用户主要有:航空制造工程研究所、南京液压机电研究所、第一飞机设计研究院、沈飞集团、齐二机床集团、航天一院、航天五院...     

惯性释放在飞行器静气动弹性仿真中的应用

介绍了惯性释放理论以及基于CFD/CSD耦合的静气动弹性计算方法,比较了静气动弹性计算中的三种系统载荷平衡方法。三种方法的计算结果分析表明,在气动弹性计算中应用惯性释放方法能够降低施加模型约束的难度,提高模型描述的准确性及仿真计算精度。     

考虑气动弹性影响的机翼气动外形设计研究

采用三维Euler方程为控制方程,耦合静气动弹性平衡方程,进行机翼静气动弹性数值模拟;在机翼静气动弹性分析的基础上,结合Takanashi余量修正方法对三维大展弦比机翼进行气动外形反设计,以确定机翼的型架外形.以某型支线飞机的大展弦比机翼为算例,进行了静气动弹性数值模拟和机翼型架外形设计研究,设计结果表明发展的机翼静气动弹性数值模拟和型架外形设计方法是合理可行的.     

机翼弹性变形对气动特性影响的实验研究

在低速风洞中研究了弹性对40°切角三角翼气动特性的影响,用激光测振仪测量模型在气动载荷作用下的变形,实验结果表明:相对刚性机翼而言,弹性可以极大地改善低雷诺数下机翼的气动特性,使小迎角下的升力系数和升阻比明显提高,从而有利于飞行。另外,弹性机翼顶点最大平均变形出现的迎角为α=15°,这与刚性机翼前缘涡在机翼顶点破裂的迎角一致;而在失速迎角α=20°附近,机翼顶点和翼梢变形的方差最大。     

空间碎片消旋柔性冲击末端设计与分析

根据机械冲击式主动消旋方法的特点,设计了变压力柔性冲击末端.考虑到变压力柔性末端的流固耦合作用,通过分析内部气体压力对末端刚度的影响,确定了压力阈值并展开优化设计.对柔性冲击末端与空间碎片之间的碰撞力进行了理论分析与实验研究,建立了柔性末端与空间碎片碰撞的接触模型,设计了冲击与测量实验系统,修正了摩擦模型,通过冲击实验验证模型与实验结果吻合较好,法向碰撞力和切向摩擦力模型计算误差分别小于6.7%和6.9%.研究表明变压力柔性末端设计合理有效,满足空间碎片消旋要求,对发展空间碎片捕获方法具有重要指导意义.     

两对边自由另两边自由与固定混合支承矩形板的弯曲

本文应用三角级数加多项式的方法解决了对边自由另两边自由与固定混合支承矩形薄板在静水压力作用下的弯问题，给出的挠度函数满足薄板的基本微分方程、全部边界条件以及角点条件。从而得到了这一问题的解析解。     

轴间气膜密封周向相对滑动判定方法

为预判端面轴间气膜密封中密封环与外层转子之间是否产生周向相对滑动,提出了一种考虑离心膨胀效应的轴间气膜密封周向相对滑动判定方法。分析了密封环与外层转子之间产生周向相对滑动的力学机制,将密封环和外层转子离心膨胀简化为轴对称平面应力问题和轴对称平面应变问题。计算了密封环和外层转子的弹性变形刚度差异对膨胀变形及连接关系的影响,得到了密封环与外层转子产生临界滑动的工况区域。所提判定方法对工程中密封环的周向滑动问题提供了预测及指导。      

基于状态空间涡格法的阵风减缓分析

阵风响应计算及阵风减缓控制系统设计是飞行器气动弹性分析中的重要内容。基于状态空间涡格法(VLM)建立飞行器阵风气动力模型,给出有限元结构模态及控制面模态广义自由度与涡格法控制点边界条件的插值关系,建立适用于复杂模型的阵风响应分析方法,弥补了传统阵风响应分析方法需要进行有理函数拟合或迭代计算资源消耗大等不足。在此基础上,基于经典PID控制方法设计阵风减缓控制系统,仿真得到离散阵风及von Karman连续阵风激励下的系统开/闭环时域响应情况,对比响应幅值计算减缓率。仿真计算结果表明：根据所提方法建立的阵风响应分析方法准确,阵风减缓控制系统能有效降低原气动弹性系统的阵风响应。     

基于弹性的体系组件重要度及恢复策略

体系(SoS)在遭受内部或外部的干扰时性能会受到影响,体系结构作为体系设计和构建的基础,其弹性不仅是反映体系性能恢复能力的一个重要指标,更是体系演化性的重要体现。提出了一种基于弹性的体系结构评价方法,对体系的组件或系统进行重要度分析(CIMs)。首先,给出了体系结构弹性的明确定义并构建了相关的数学模型,综合权衡了性能损耗与恢复时间对体系组件重要度的影响;其次,通过分析不同的干扰事件和恢复策略,构建了基于重要度分析的体系弹性优化模型,并重点分析了其对体系性能恢复的影响;最后,以某体系结构的弹性评价为例,对本文提出的模型和方法进行了验证,优化后的恢复策略使体系性能的恢复效率有显著的提高。     

某小型高速转子临界转速分析

针对某一小型高速转子的实际结构，利用传递矩阵法计算了该转子在不同支承刚度条件下和不同跨度下的临界转速，分析了采用弹性支承与改变支点跨度对转子临界转速的影响。分析结果表明，由于小型转子本身结构特点和尺寸的限制，航空发动机中经常采用的弹性支承（加挤压油膜）结构措施，在小型转子中的应用将会遇到很多困难；而在条件许可下，利用改变支点跨度来调整临界转速是行之有效的