先进空间运输系统气动设计综述

天地往返运输系统是能够自由进出空间轨道、安全返回地球表面、执行天地往返运输任务的航天运输体系。近年来,随着先进动力、新材料、新工艺的带动效应逐渐显现,各航天集团开始了新一轮先进天地往返系统的研究,其中大量研究项目针对具备完全可重复使用、可大幅降低运送有效载荷进入太空成本的先进天地往返运输系统展开。本文针对这一热点领域进行综述性研究,对不同类型进出大气层飞行器的气动设计特点进行了分析,结果表明跨大气层飞行器是天地往返运输系统的主要载体,认为未来主要以火箭助推入轨滑翔再入和水平起飞水平返回为主要发展方向,两类飞行在气动设计方面有高超飞行器宽域飞行适应性的共性难题,同时在气动-动力一体化化设计方面又有较大的差异。     

高超声速全动翼面全时域耦合分析方法及应用

在流场-结构温度场同步计算方法的基础上,建立了多物理场全时域耦合分析方法,将方法应用于沿轨道运动的高超声速全动翼面热气动弹性稳定性分析。采用基于有限体积模型的CFD同步计算方法求解高超声速流场和结构温度场,建立映射关系实现结构有限元模型气动载荷加载和温度场赋值。采用移动坐标系和动网格相结合的方式描述变速度飞行和翼面偏转过程。通过坐标系变换将翼面偏转过程和振动过程的网格变形量叠加,考虑翼面振动和偏转的耦合非定常效应。针对沿轨道运动的高超声速飞行器,建立了同步计算方法与全时域耦合分析方法相结合的热气动弹性稳定性分析流程。研究发现,与同步计算方法相比,全时域耦合分析方法能够模拟结构振动对流场和结构温度场的影响,计算得到的监测点热流密度波动幅值占热流峰值的10%左右,而温度变化并不明显,相比于刚体模型,监测点温度只下降了0.3%左右。全时域耦合热气动弹性分析方法得到的颤振临界点在4-5号状态点之间,颤振形式为铰链扭转模态与一阶弯曲模态的耦合颤振,与"冻结"模态的热颤振方法结果一致。     

隐身舰载战斗机气动力设计关键技术

围绕隐身舰载战斗机气动力设计中的关键技术问题,深入梳理了有益的工程设计经验,从多目标约束下的起降增升设计、跨超声速精细化减阻设计、全机均衡减载设计等3个方面,阐述了气动力设计在性能、操稳、重量、隐身等多专业强约束下的窄域设计方法。相关分析表明：采用机翼后缘简单襟翼的设计方式、结合机翼三维型面弯扭设计与舵面使用策略优化,能够满足强隐身约束下舰载战斗机的起降升力需求;合理配置座舱位置以及后机身上表面的激波压缩/膨胀波系、优化进气道溢流吸力矢量方向等,能够在不降低机身容积的前提下,有效降低机身阻力;利用机身下表面与拦阻钩舱门区的修型进行机身反弯设计,能够实现严重载荷状态下的平尾减载。     

多滑翔飞行器时间协同轨迹快速规划

从高超声速飞行器集群"探测-打击-评估"一体化任务需求出发,针对多滑翔飞行器时间协同再入轨迹规划问题进行研究,提出集群再入的协同形式及轨迹规划方案,基于改进序列凸化算法解决了再入总飞行时间的精确控制问题,从而实现滑翔段时间协同。首先,给出了滑翔飞行器集群的协同策略,将求解模型转化为协同时间的确定、协同时间约束下的轨迹规划子问题。将模型中的时间项误差等加入罚函数,提高了协同轨迹求解可行性。引入飞行路径角预设剖面作为软约束,并通过罚函数与信赖域自适应调整,以避免轨迹求解时的振荡问题,提高了序列凸化算法的收敛性。以CAV-H飞行器模型为例验证了算法的有效性,仿真结果表明,所提算法对初值的敏感性低,求解得到的再入总时间可调范围与伪谱法一致,轨迹规划结果的平滑性及计算时间均优于伪谱法。     

工程构件疲劳寿命估算的三维临界域法

临界域法将缺口附近区域中某点、线或面上的应力特征值作为材料失效的判断条件,能较合理地解释缺口效应现象,因此被认为是一类具有工程应用前景的缺口件疲劳寿命估算方法。本文首先结合三维工程结构的实际特点,详细阐述了适用于三维结构的应力场强法和临界距离法,对其中若干参数进行了准确定义和描述。然后,本文分别使用这两种方法和名义应力法对某型航空发动机轮盘进行了疲劳寿命估算。结果表明,本文给出的适用于三维结构的应力场强法、临界距离法能很好地预测航空发动机轮盘的疲劳寿命;而且相比于名义应力法,预测效果更好。     

多随机激励作用下舰载火箭弹初始扰动数值模拟

建立了半约束期内舰载火箭弹弹轴转动方程组模型,综合考虑火箭弹的质量偏心、动不平衡和舰船的摇摆运动,采用有限幅值随机激励仿真的方法,得到了3种激励分别引起的初始扰动可能域和考虑各因素后总的初始扰动可能域,并分析得到了总的初始扰动可能域图像变化规律。仿真结果表明,3种扰动因素分别引起的初始扰动量在相同量级上,动不平衡和舰船摇摆对初始扰动的影响程度更为剧烈。舰船摇摆对初始扰动量的影响随着最大横摇角θmax增大而显著增大,总的初始扰动可能域图像趋近于对初始扰动量贡献中所占比重较大因素引起的初始扰动可能域图像。     

基于粒子群算法的切削参数优化及其约束处理

切削参数优化问题通常是多约束、非线性的,通过对其目标函数进行分析,发现这类问题的最优解通常位于可行域边界上.针对该问题的求解,在约束处理方法上引入了非固定多段映射罚函数法和半可行域概念,并考虑到绝对半可行域宽度导致的不同约束条件难以同步得到满足问题,提出了相对半可行域设置方法,即将半可行域宽度与各约束许用值的相对误差相对应,应用于粒子群算法实现了切削参数优化,并通过实例计算对所提出的方法进行了验证.     

RF航段衔接ILS进近程序的最大下降角设计方法

RNP 程序的RF 航段与传统ILS 精密进近程序相结合能充分利用两类程序的优势,但两种程序的过渡阶段需要考虑最大下降角度的设计。本文分析过渡阶段程序的平面与剖面几何设计参数限制条件,以及从星基导航方式转为陆基无线电导航方式需要稳定截获航向信号与下滑台信号的运行限制条件;结合两种限制条件,设计一种可以从不同最后进近定位点（FAP）高度计算下滑道的偏离量与到最后航向截获点（FACF）的弧距离关系进行判断,从而确定最大下降角度的方法,并进行仿真验证。结果表明：该方法可以在不同过渡航渡长度与不同最后进近下降角度的限制下,根据给定最高程序假设温度计算得到符合两种限制条件的最大下降角,为RNP 程序与ILS 程序衔接过渡的下降剖面设计提供了一种基于理论基础且具有可行性的设计方法。     

流氓件全流程管理模型研究

分析了民航维修中流氓件的特性和危害,提出了针对流氓件的全流程管理模型,通过对流氓件的状态监控、识别与处置、使用限制和送修策略等一体化管理,实现对流氓件及时、有效的管理,降低流氓件对航空公司的危害。