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。      

基于应变的几何非线性梁建模与分析

柔性机翼在气动载荷作用下产生较大变形,几何非线性因素不容忽视。利用机翼柔性特点,通常采用梁模型进行结构建模。从几何精确梁理论出发,结合Hamilton原理推导了几何非线性梁的动力学平衡方程。不同于经典的位移基有限元,采用梁广义应变作为插值变量,得到广义质量阵、广义阻尼阵、刚度阵及载荷列向量,建立非线性应变梁模型。结合Newmark数值算法和牛顿-拉夫森（Newdon-Raphson）迭代法建立了动力学方程求解算法。针对典型算例,开展静、动力学分析,并分别与有限元软件的仿真结果进行对比。结果表明：在相当计算精度下,所建模型收敛特性更好。为进一步验证所建模型在工程实际应用中的精度和有效性,开展针对典型大展弦比机翼的地面静力试验。试验表明：仿真结果与激光位移计和光纤传感设备测得的变形值具有较高的一致性,验证了所建模型具有较高精度。     

批产航天器自测试系统设计

集成快检、存储快检与射前快检成为批产航天器亟待解决的问题。传统航天器综合测试模式存在测试效率低、测试改装部署繁琐、测试成本高、测试周期长和难以深入产品内部探查的问题,不能很好地适应批产研制与测发需求。针对该问题,从航天器可测试性与自测试设计出发,研究航天器自测试功能单元的设计方法、自测试通信交互模式、基于结构模型与行为模型的自测试诊断模型设计方法,设计了分层的自测试系统架构,通过总线快速调度自测试流程,提升快速检修能力,满足批产航天器快检需求。     

模拟月壤铺粉过程DEM数值仿真

空基激光选区熔化（SLM）技术与原位资源利用（ISRU）概念结合,有望解决地外大规模基地建设的工程难题。SLM铺粉过程对成形件性能和质量有重要影响。基于非球形粒子叠加球模型方法,建立模拟月壤颗粒几何模型;基于线性弹簧-阻尼接触作用模型、Hamaker理论及牛顿运动定律,建立颗粒动力学模型;采用三维离散单元方法（DEM）及软球模型,进行不同工况下模拟月壤在铺粉过程中的流变特性研究。结果显示:所提模型和方法能开展指定工况和环境参数的模拟月壤颗粒系统流动性和堆积行为数值仿真研究;月面低重力环境导致粉床表面粗糙度变大、堆积密度和平均配位数变小;通过降低铺粉速度和优化刮刀型面,可以有效改善月基铺粉的粉床质量,获得更密实和均匀的粉床结构。      

腹板开口对复合材料梁腹板剪切承载性能的影响

针对平面编织复合材料梁腹板结构剪切载荷作用下的面内剪切屈曲失稳和后屈承载能力问题,采用实验与有限元方法进行了研究。结合实验所得应变分布规律与有限元分析所得失稳模态分析了梁腹板结构剪切失稳特点。后屈曲承载分析中引入了平面织物复合材料Hashin失效准则,获得的结构主要失效模式包括纬向纤维压溃和经向纤维拉断,与实验结果符合良好。基于经实验结果验证的有限元模型进行了参数化研究,分析了腹板开口尺寸和开口形式对平面织物复合材料梁腹板剪切稳定性、承载能力和破坏模式的影响。研究结果可为复合材料结构设计和强度评估提供参考。      

考虑气动弹性的风力机叶片性能分析

考虑气动弹性对风力机叶片的影响,采用叶素-动量理论计算气动力,采用盒形梁理论计算结构变形,耦合静气动弹性平衡方程,建立了风力机叶片静气动弹性分析程序。本文运用该程序进行了多种风速下叶片载荷及风轮性能的计算,分析了气动弹性对原设计的影响。结果表明,对于兆瓦级风力机,在大风速情况下,气动弹性对风轮性能有着明显影响,并会造成气动载荷的重新分布,影响结构设计的准确性。该方法可用于对叶片气动设计与载荷计算方法进行气动弹性修正。     

四叉树法网格划分的数据结构及算法设计

目前,四叉树法在平面网格划分领域中被广泛地使用。本文应用数据结构描述了四叉树的程序实现过程,并详细介绍了四叉树过程中切割单元的处理方法。最后通过算例证明了四叉树法具有快速自动生成质量较好的全四边形单元且很容易通过程序实现等优点。     

十字梁实验系统的Terminal滑模控制

在介绍 Terminal 滑模控制器的设计思想的基础上,设计了十字梁实验系统的 Terminal滑模控制器。微喷十字梁实验系统是一个高阶非线性系统,也是一个典型的多输人多输出系统。Terminal 滑模控制保证了输出跟踪误差在有限时间内收敛到零,使系统的动态性能优于普通滑模中的性能。仿真结果表明,使用 Terminal 滑模控制器控制十字梁实验系统是可行的。     

一类基于四面体组合单元的模块化构架式可展开天线机构

针对现有基于四面体单元的构架式天线机构结构复杂、收拢率低、运动副数量多等问题,基于3RR-3RRR四面体组合单元和基于3RR-3URU四面体对称组合单元分别提出了两种新型模块化可展结构。以3个组合单元组成的模块化结构为分析对象,首先,详细介绍了模块化结构的组成及虎克铰轴线布置,并利用组合单元本身的自由度数目及性质,采用拆杆-等效-复原的思想,应用螺旋理论和G-K公式分别对提出的两种模块化结构进行了自由度分析,得到了自由度数目及性质。其次,应用Adams动力学仿真软件对两种模块化结构进行运动仿真,仿真结果验证了自由度分析的正确性。以完全展开和完全收拢时机构所占的空间体积比值表征该机构的收拢率,计算现有基于四面体单元的非模块化机构与提出的模块化机构的收拢率。最后,对比分析非模块化机构与模块化机构的自由度数目、运动副数目及收拢率。分析结果表明,基于3RR-3URU四面体对称组合单元的模块化结构既能实现较大收拢率,自由度及运动副数目也相对减少,且组成大型天线时杆件类型较少。研究结果为该类模块化构架式可展天线结构的设计与分析提供一定理论依据。     

基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法

误差建模、标定与补偿是提高微惯性测量单元(MIMU)精度的关键,而杆臂效应是影响低成本微机电系统(MEMS)惯导精度进一步提升的瓶颈.针对杆臂效应引起的多MIMU标定误差问题,提出了一种基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法.分析了杆臂效应影响多MIMU标定的误差机理,设计了一种六方位倍速率标定方案,建立了基于杆...