大开孔结构变角度纤维铺层优化设计研究

变角度纤维铺层能有效地增强结构刚度、减小应力集中，在很多领域得到广泛应用。本文对比了分区域设计直纤维铺层和变角度纤维铺层零件结构的优缺点，基于Patran的PCL语言开发出了纤维轨迹主应力法优化程序，以某飞机襟副翼复合材料层压板树脂传递模塑成形（RTM）支臂为例进行了纤维轨迹优化设计，分析了不同变角度纤维铺层数目和迭代次数对设计结果的影响，并和传统的分区域设计直纤维铺层模型进行了对比，得出了变角度纤维铺层能明显改善模型应变和位移的结论，且通过承载能力试验分析对比了分区域设计直纤维铺层和最外两层更换为变角度纤维铺层的RTM支臂的试验结果，得出了变角度纤维铺层能提高结构孔边强度和整体刚度的结论，验证了变角度纤维铺层的可行性及其优点。大开孔结构变角度纤维铺层优化设计对大开孔复合材料结构设计具有重要意义。     

直流孔旋流器的结构设计与流场特性研究

为改善导叶式旋流器的气流旋进涡核运动和微弱旋流对航空发动机油气混合体稳定燃烧产生的较大影响，优化燃烧室的燃烧效率和稳定性，设计了一种双向变截面直流孔型旋流器。在旋流器第4层减速板后设计3主3辅共6个错位均布的燃油喷嘴，以此产生均匀的燃油油雾参与流场仿真。以气流速度210 m/s、压力28 kPa和流量1.7 kg/s为入口条件，通过流场仿真，分别计算了单一气流和油气混合工况下，流经旋流器的气流速度、流量变化和油气分布状态。与导叶式旋流器相比，经直流孔旋流器减速的气流稳定性更好，形成了低压回流区的流场状态，空气质量流量在旋流器平稳运行后保持相对稳定，随速度均匀变化，且在特定速度下保持着相对较高的稳定状态。直流孔旋流器在燃油预混方面表现出较高的油气混合均匀度，油气在旋流器末端均匀分布，流线规整均匀，流场中央及周边区域未见绕轴微弱旋进油气混合气。     

玻璃纤维复合材料层合板充填孔压缩力学性能研究

为研究玻璃纤维复合材料开孔以及充填孔对层合板压缩性能的影响，本文对填充孔、无孔和开孔的复合材料层合板进行了压缩实验。此外，采用两种不同材料和铺层建立了六种结构对应的三维有限元模型（FEM）用于损伤演化分析。结果表明，两种开孔试件的压缩强度比无孔试件分别降低了40.48%和31.34%；两种充填孔试件的压缩强度比开孔试件分别高54.55%和36.95%，仅略低于无孔试件。有限元计算得到的压缩强度与试验结果的误差仅为8.03%。仿真计算结果表明间隙配合均会降低充填孔结构的压缩强度；而对FH-2试件来说，当干涉量大于90μm时，同样也会降低充填孔结构的压缩强度。     

轮盘低周疲劳模拟件设计及试验

航空发动机轮盘长时间在交变大载荷下工作，其盘心、螺栓孔、端齿等应力集中的特征部位容易发生低周疲劳失效。为准确评估轮盘特征部位的疲劳寿命，需设计反映应力梯度的模拟件并开展相应的疲劳试验，从而为发动机结构设计提供重要依据。现有的模拟件设计方法通常保证危险点一定范围内的应力/应变分布与真实构件的一致，但这些方法对“一定范围”的定义缺乏理论依据且未能形成统一认识。为此，提出了一种临界距离范围内SWT参量分布一致的模拟件设计方法，建立了轮盘盘心、螺栓孔、端齿等危险部位的模拟件设计方法，并开展了模拟件的低周疲劳试验。将端齿模拟件100%转速对应的平均疲劳寿命与轮盘旋转疲劳试验结果对比，相对误差为7%，且均为表面薄弱晶面起裂。最后，讨论了该模拟件设计方法的稳健性。     

支持效率优化的可配置制孔装备控制软件开发方法

针对飞机自动化装配制孔系统下位机开发过程中存在的下位机逻辑复杂、开发难度高的问题，提出了一种支持效率优化的可配置制孔装备控制软件开发方法，可根据工艺信息自动生成飞机自动化装配制孔系统下位机控制软件。对飞机自动化装配制孔流程进行了Petri网建模研究，利用赋时变迁Petri网分析了制孔流程的效率，为配置制孔装备控制软件提供依据。通过定义不同的工艺信息，可配置出适用于不同多轴制孔系统的下位机软件。     

一种新型月壤水冰采样系统设计及试验验证

针对月球极区永久阴影坑深低温环境下，月壤水冰的硬度和机械强度很高，铲挖、钻进等常规采样方式难以实现低耗、快速采样的问题，提出了利用火工爆燃作动的动能侵彻方式快速构建月壤剖面孔洞，利用机械臂将采样工具送至孔内实施样品精确采集的新采样方法，并据此设计了新型月壤水冰采样系统。设计并研制了侵彻单元工程样机，基于力学等效性原则制备了拟实靶体，对工程样机的侵彻效能开展了试验验证。试验结果表明，对于单轴抗压强度30 MPa的模拟月壤水冰力学等效物能实现快速侵彻，侵彻深度可达234 mm,侵彻时间优于1 s。提出的侵彻式造孔和采样方法具有轻量化、低能耗、高效率、高强度月壤对象突破能力强等突出优势，可为后续月壤水冰采样探测任务提供有益借鉴。