民用飞机机身壁板复杂试验载荷优化技术

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型,并计算了各试验基准载荷作用下的机身壁板应变矩阵;其次,基于机身壁板在全机身受载状态下和试验受载状态下的应变矩阵之差,同时考虑矩阵中各元素的加权系数,构建了机身壁板应变误差矩阵,并以应变误差矩阵所有项的平方和最小为目标,以各基准载荷的系数为优化变量,以各基准载荷系数的上下限为约束,构建了基准载荷系数优化函数;基于罚函数法对优化函数进行了无约束处理,并利用最速梯度法进行了载荷系数优化;最后,基于优化得到的载荷,计算了机身壁板在试验复合载荷作用下的应变,并与机身壁板在全机身受载状态下的应变相对比,应变的分布趋势基本一致,应变误差在10%以内,证明该方法可以为机身壁板试验载荷的确定提供支持。     

基于考核目标等效的试验载荷处理方法

在全尺寸结构强度试验中,需将原始理论载荷转化为试验实施载荷,载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效,载荷处理完成后再对比数值分析结果,这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通常效率和精度都大打折扣。提出了一种基于考核目标等效的试验载荷处理方法,将数值仿真分析结合到载荷处理过程中,搭建一种载荷优化设计-试验态分析-考核目标评估的闭环架构,以结构目标响应为评估判据和优化目标,结合灵敏度分析、遗传算法等智能优化算法,搜索试验态载荷最优解,大幅提高了载荷处理的效率和精度。在此基础上,基于MATLAB GUI平台开发了载荷处理软件,模块化地实现了灵敏度分析、载荷-响应矩阵计算、载荷优化设计等功能。将基于考核目标等效的载荷处理方法成功应用到某飞机升降舵结构载荷处理中,实现了试验考核目标响应误差精准控制。     

FGM板三维层合模型及热-噪声载荷下的动态响应研究

 为了有效地分析热-噪声联合载荷作用下的飞行器功能梯度壁板结构的非线性动态响应,提出了运用复合材料多层壳单元建立功能梯度材料(FGM)板的层合有限元建模新方法,研究了FGM板在热曲屈前、后状态下复杂的非线性时域动态响应特性,并探讨了梯度指数、热曲屈系数及声压级(SPL)等参数对FGM板非线性动态跳变响应的影响规律。FGM板三维层合建模新方法避免了采用常规有限元法(FEM)建模时需要在厚度方向划分大量单元的缺点;求解FGM板非线性动态响应时采用的隐式积分方案避免了模态叠加法对参与模态选择的经验性要求及模态截断造成的信息丢失等缺陷。仿真结果表明:FGM板层合有限元建模新方法合理可行、过程简便、计算精度高;研究发现:陶瓷-金属FGM板在热屈曲后的抗声振性能并不像热屈曲前那样介于金属板和陶瓷板之间,而是表现最差;热屈曲系数及声压级的组合形式是导致FGM板发生非线性跳变响应的主要影响因素。     

环控系统减少引气量和降低燃油代偿损失研究

随着能源问题越来越突出,降低环控系统燃油代偿损失显得越来越重要。针对这个问题,综述了当前应用研究中降低燃油代偿的不同方法,并重点对闭式循环制冷系统和考虑载荷因子的引气系统在减少引气量和降低燃油代偿损失方面进行了探讨。     

基于微分载荷模型的飞行载荷参数辨识方法

介绍了一种基于微分载荷模型的飞行载荷辨识方法.根据实测载荷与飞行参数之间存在的相关性,利用输出误差法对平尾微分载荷模型进行了辨识,得到了飞行状态下平尾载荷的计算模型.同时得到了适合于飞行载荷辨识的一种方法,该方法可以研究飞机的不同操纵规律对结构载荷的影响,具有较高的精度,可行有效.     

热冲击环境下涂层/基底界面的微观形貌及元素扩散规律研究

针对热障涂层在高温环境中长期服役的需求,研究热障涂层在热冲击环境下涂层/基底界面形貌演变及元素扩散规律。通过自主搭建的石英灯加热平台对热障涂层进行热冲击试验。利用SEM和EDS对热冲击后涂层/基底界面的微观形貌及元素分布进行分析,利用Boltzmann-Matano扩散模型计算了涂层/基底界面Al元素的扩散系数。结果表明,沉积态的热障涂层中黏结层（BC）主要由β和γ相组成,并且在涂层/基底界面已经出现扩散区;随着热冲击试验的进行,Al元素快速消耗致使BC层和基底间Al元素浓度梯度转变,Al元素开始向外扩散,部分拓扑密堆（TCP）相中富集的难熔元素可以重新固溶到基底中,最终各元素在界面区的分布逐渐均匀;Al元素的扩散系数在热冲击试验开始前为正值,到600次热冲击循环后为负值,且扩散系数的最大值均出现在涂层/基底界面处,距离界面越大,扩散系数就越低。     

飞机轮胎所造成的砂石飞溅数目的计算方法

 飞机在起飞和降落时,由于轮胎的影响所造成的跑道上外来物(FOD)飞溅是个复杂的过程。以砂石为例,介绍了几种典型的砂石飞溅的类型,提供了飞机所能遭遇到的砂石数目和造成飞机结构损伤的概率计算公式。以某型客机为例,根据民用机场的FOD调研报告和国内民用机场跑道的类型,分析了在临界能量下飞机所能遭遇到并能对飞机造成冲击破坏的可能性,为飞机结构抗冲击设计提供一定的依据。     

阵风载荷减缓系统故障分析

阵风引起的额外载荷会引起飞机结构疲劳,降低结构使用寿命。采用非定常气动力有理函数拟合方法建立时域状态空间下的动力学系统,设计了阵风载荷减缓系统。研究了阵风载荷减缓系统3种典型故障模式(副翼偏转饱和、舵机卡死、副翼偏转延时)的力学建模方法,并对机翼在阵风减缓系统故障模式下的阵风响应进行分析。仿真结果表明,3种故障模式均不利于阵风载荷减缓系统对阵风载荷的减缓,对于一些特定情况,故障模式下的阵风载荷减缓系统不仅不能减缓阵风载荷,还会带来由副翼偏转不当引起的额外负载。     

基于流固耦合的反推力装置负载特性

反推力装置负载特性是其运动机构及驱动作动器强度设计的基础,其中阻流门所受气动载荷及其应力分布计算是核心。以叶栅式反推力装置为对象,采用重叠网格方法实现阻流门和滑动整流罩的旋转以及平移运动网格划分,在STAR-CCM+软件环境下确定了流固耦合交界面的数据映射与交换关系,由此建立了反推力装置流固耦合数值分析模型。对反推力装置在飞机降落时正常打开和起飞滑跑紧急终止时应急打开两种动态过程进行仿真,结果表明：随阻流门旋转,阻流门所受气动载荷与等效应力快速增加,并在旋转角度为50°附近达到最大,且在应急终止起飞状态下打开反推力装置,阻流门承受的最大气动载荷是正常打开过程的3倍以上。     

燃烧条件下火焰筒温度及噪声载荷特性实验研究

航空发动机燃烧室内部高温、气动及噪声等复杂载荷环境是导致火焰筒结构产生裂纹的主要因素之一,掌握火焰筒结构表面载荷特性及其与燃烧参数之间的关系,对于其强度评估非常重要。本文依据某型发动机真实构型设计了典型火焰筒试验件,搭建了模拟燃烧试验平台,发展了热电偶/示温漆组合测温和基于波导管的噪声测试方法,获得了不同燃烧状态下火焰筒表面的温度与噪声载荷分布特征,通过对比试验给出了进口温度、流量、供油量等参数对结构载荷的影响规律。结果表明,火焰筒表面噪声总声压级峰值超过150d B,总声压级、频率特性及分布特征与燃烧状态和结构振动特性等因素相关。