某型飞机主承力接头布局拓扑优化设计

为了实现飞机部件的轻量化设计,将拓扑优化和代理模型相结合构建了一个结构布局优化的算法。以某型飞机主承力接头为研究对象,根据结构传力路线和工艺要求,将接头的布局优化转化为耳片的平面拓扑优化与螺栓位置的优化。以接头耳片的厚度和中间排螺栓位置作为布局变量,对每组布局变量下的耳片进行拓扑优化,对布局变量采用基于代理模型的遗传算法进行优化。以质量最小为优化目标,在强度与刚度的多约束条件下,完成了某型飞机主承力接头的布局拓扑优化。结果表明,本方法的优化结果比传统的拓扑优化结果减重约 14.5%,验证了优化算法的可行性与有效性。     

航空复杂产品的 CATIA 结构稳健建模方法研究

针对现有建模方法无法有效对航空产品 CATIA 模型进行快速修改与重用的问题,提出了以曲面分割为建模策略的结构稳健性建模方法。该方法通过对父子关系关联传播路径进行分析,找出影响 CATIA 特征模型结果稳健性的因素,即几何元素方向、几何拓扑元素、建模策略。通过研究特征构建时,输人元素的性质和基于此性质的操作方法,实现结构稳健性建模,即通过对外部输人和建模过程中的关键几何元素进行方向控制、创建显式参考代替几何拓扑元素、禁止使用复杂草图、采用基于曲面分割的设计特征模块化建模策略等方式,实现特征模型的快速修改与重用。工程实例证明了所提方法的实用性和可靠性。     

飞翼布局飞行器结构拓扑优化设计

飞翼布局飞行器由于具有气动效率高的优势，将成为未来航空飞行器发展的主流方向，然而结构质量限制了其性能的进一步提升，结构优化是实现结构减重的重要技术。以飞翼布局飞行器内部结构为研究对象，建立拓扑优化模型，以柔顺度作为目标函数，探究飞翼布局飞行器全机内部结构的最优布置方式，分析弯曲梁构件在飞翼布局飞行器结构优化中的作用和减重机制，根据拓扑优化结果建立重构模型，同时依据Boeing第二代结构设计建立标准模型，使用尺寸优化评估重构模型相较于标准模型的减重效果。结果表明：在等柔顺度时，重构模型相比标准模型质量减少14.53%；在等质量时，重构模型相比标准模型全机柔顺度降低47.90%，并减少了44.87%的z向最大位移，拓扑优化减重和增加刚度效果显著，验证了弯曲梁构件的减重作用。研究结果可为飞翼布局飞行器结构减重优化奠定基础，建立的优化评估机制可为飞翼布局飞行器的内部结构设计提供参考。     

3D打印技术在空间站梦天实验舱上的应用

面对梦天实验舱次结构减重需求，提出了面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法，完成并掌握了3D打印次结构从设计、工艺、制造、检验等全周期的研制流程。在梦天实验舱发射载荷条件下，通过结构有限元分析及试验验证，对3D打印次结构性能进行了考核。结果表明:在具有一定强度和刚度裕度的前提下，支架减重效果较为明显，面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法具有广阔的工程应用前景。     

一种小型化双层拓扑的低通LC滤波器

为了实现低通滤波器的轻量化和高效率,设计了一种双层拓扑结构的LC低通滤波器.通过优化设计电感、电容元件的排列方式,选取双层结构来合理布局LC电子元器件,该低通滤波器在整个宽频带条件下达到了优良的工作指标.实验结果表明,该设计方式可以显著提高低通滤波器中电路的工作效率,100 MHz～4000 MHz,低通滤波器工作良好,截止频率为800 MHz,其插损小于1.5 dB;大于800 MHz时,带外抑制大于20 dB.同时,该滤波器采取双层结构,在上下两面放置LC电子元件,使得该滤波器相较于传统的单层板结构,其所占体积较小,适用于对空间体积有严格要求的环境.系统测试实验表明滤波器达到了较好的频率特性.本设计简单、成本低廉,具有较优越的性能指标,且具有较小体积的显著优势,有着非常好的推广应用价值.     

一种小型化双层拓扑的低通LC滤波器

为了实现低通滤波器的轻量化和高效率,设计了一种双层拓扑结构的LC低通滤波器.通过优化设计电感、电容元件的排列方式,选取双层结构来合理布局LC电子元器件,该低通滤波器在整个宽频带条件下达到了优良的工作指标.实验结果表明,该设计方式可以显著提高低通滤波器中电路的工作效率,100 MHz～4000 MHz,低通滤波器工作良好,截止频率为800 MHz,其插损小于1.5 dB;大于800 MHz时,带外抑制大于20 dB.同时,该滤波器采取双层结构,在上下两面放置LC电子元件,使得该滤波器相较于传统的单层板结构,其所占体积较小,适用于对空间体积有严格要求的环境.系统测试实验表明滤波器达到了较好的频率特性.本设计简单、成本低廉,具有较优越的性能指标,且具有较小体积的显著优势,有着非常好的推广应用价值.     

卫星SAR载荷蓄电池充电器的建模分析与设计

随着现代商业卫星的发展，低成本、重量轻、多功能、高集成的微纳合成孔径雷达(SAR)卫星迎来加速发展的阶段。由于SAR载荷工作时间短、峰值功率大的特点，需专门为SAR载荷配置一组高压载荷蓄电池，在相同电流下，可输出更大功率。针对高压载荷蓄电池恒流恒压充电的需求，提出采用推挽变换器的隔离升压充电器方案，搭建了推挽变换器的小信号模型，采用峰值电流控制的双环控制策略实现恒流恒压充电控制，最后在充电器样机上进行了实验验证。实验结果验证了分析的正确性与设计的有效性，可以满足SAR载荷蓄电池充电的要求。     

考虑通信延迟的卫星集群改进蜂拥控制

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还能够减少星群网络的通信延迟。随后,为提高参考轨迹生成的快速性,采用基于傅里叶级数的形状曲线逼近法对主星参考轨迹进行规划。在此基础之上,提出了一种考虑通信延迟与碰撞规避的蜂拥控制策略,使星群能够在保证通信连通性的前提下沿参考轨迹运动到目标点附近,并且在运动过程中不发生碰撞。经过理论分析,利用Lyapunov Razumikhin定理证明了卫星集群系统能够达到渐近稳定。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应通信拓扑的无人机集群弱路径约束下的分布式控制器设计

针对传统无人机集群飞行控制需要规划过多飞行路径的问题，设计一种结合线性二次型调节器(LQR)与机间防撞的分布式协同控制器，不需要为集群设计相对构型，只需给定一条满足无人机动力学约束的飞行路径，集群就可沿路径飞行。该控制器通过设计自适应通信拓扑来稳定加入机间防撞机制带来的抖振效应，并使集群具有良好可扩展性。仿真结果表明，所设计的分布式控制器可以实现规划一条路径下无人机集群无机间碰撞的稳定飞行。