基于能量法的无人机弓形起落架优化设计

弓形起落架的轴线形状和横截面直接影响无人飞机着陆时起落架的缓冲性能。为提高弓形起落架的缓冲性能,基于能量法构建了弓形起落架的参数化模型,以某一无人机的起落架为对象采用遗传算法进行优化设计,用MD.Nastran对优化设计的弓形起落架进行动力学仿真。结果证明优化后的弓形起落架吸收冲击能量的能力得到了提高,从而可以降低无人机降落时的过载,同时减小了起落架的质量。     

高超声速二元变几何进气道气动方案设计与调节规律研究

 针对二元高超声速进气道宽马赫数大攻角工作要求,研究了转动唇口变几何进气道调节方案,给出了一种高性能变几何原型进气道设计方法,并通过数值仿真获得了变几何进气道各工况下的调节规律及性能变化规律。研究表明:采用特殊曲面唇口设计的变几何进气道宽马赫数范围内流场结构较好,总体性能优越;以马赫数Ma=6.0为设计点的原型进气道采用转动唇口方案无需附面层抽吸即可在唇口开启过程中实现接力点自起动,且最低自起动马赫数降至Ma=3.5;低马赫数大攻角状态下,通过转动唇口合理控制喉部平均马赫数范围可保证进气道正常工作。     

高超声速飞行器飞行动力学特性不确定分析

 高超声速飞行器分析模型存在较大不确定性,其给出的动力学特性与真实值之间存在偏差,因此研究飞行动力学特性分析结果的可信度水平对控制系统设计具有重要意义。针对典型的乘波体构型高超声速飞行器,在建立气动/结构/推进相互耦合的动力学模型基础上,利用非概率区间来描述模型中的不确定参数,并将复特征根不确定范围求解问题转化为频率和阻尼比两个实数的不确定区间分别求解,给出了动力学模态特征根、频率及阻尼比的不确定边界。分别采用直接蒙特卡罗(DMC)模拟方法、基于泰勒展开的区间分析方法(TIAM)和基于多项式逼近的区间分析方法(CIAM)对高超声速飞行器飞行动力学不确定性进行了研究。结果表明:CIAM计算时间适中,且给出的边界更为准确、安全,适合在控制系统设计和验证过程中使用。     

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。     

几何非线性机翼本征梁元素模型的高效化改进

 采用Hodges等提出的时间-空间离散化的几何精确非线性本征梁通用模型处理柔性机翼结构动力学问题时,当离散化的节点数增大时,该方法的未知数数量成倍地增长,而且方程组是严重病态的,因此数值模拟计算的速度非常缓慢。针对机翼中最常见的悬臂梁结构,根据空间离散化的边界条件,提出了空间缩聚法把空间离散差分方程缩聚为常系数矩阵格式,得到了只与时间相关的微分方程组,进一步推导得到了该方程组的雅可比矩阵,因而大大减少了方程组的数量以及求解过程的循环和迭代步数。采用Gear方法分别求解了原始的本征梁元素模型和本文提出的缩聚模型,结果表明空间缩聚模型在相同条件下可提高运算速度约5.1倍,而且对不同类型的外载荷都具有较好的通用性、稳定性和高效性。     

拖靶系统挂机安装角度计算

拖靶安全释放是拖靶系统正常执行任务的前提,拖靶挂机安装角度的优劣直接影响着拖靶的安全释放.依据拖靶释放特性建立了拖靶系统动力学模型,提出了拖靶安全释放的条件,给出了拖靶挂机安装角度的计算方法;通过实例对方法的正确性进行了验证,其结果直接应用于某新型拖机改装试验中,取得了满意的效果.     

弹性飞行器飞行动力学建模研究

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用“刚性飞行器”的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型.本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性.本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础.     

铺层方式对CFRP-Al胶接接头疲劳行为的影响

通过Abaqus建立铺层方式为[0/90]_4s、[0/45/-45/90]_2s、[45/-45]_4s的碳纤维增强复合材料(CFRP)-铝合金单搭接胶接接头有限元仿真模型,使用循环内聚力模型(CCZM)模拟胶层的损伤演化过程,通过分析接头的刚度退化、裂纹扩展以及应力分布情况,探究铺层方式对CFRP-铝合金胶接接头疲劳行为的影响。将接头的疲劳寿命试验值与仿真值进行对比,验证该模型的有效性。结果表明：从[0/90]_4s到[0/45/-45/90]_2s再到[45/-45]_4s,随着CFRP层合板中±45°铺层所占比例的增加,接头损伤累积阶段占全部疲劳寿命的比例逐渐减小,疲劳裂纹扩展阶段占比逐渐增加。CFRP-铝合金胶接接头应力主要通过纤维由CFRP端向铝合金端传播,且在±45°铺层的交叉处出现的应力集中破坏了裂纹扩展速率沿搭接宽度方向的均匀性,随着±45°铺层所占比例的增加,接头搭接区域沿宽度方向的中部裂纹扩展速率与两侧区域的裂纹扩展速率差逐渐增大,胶层破坏所呈现...     

航空母舰舰载机弹药保障作业调度优化算法

针对航空母舰舰载机弹药保障作业高动态、多阶段特性,将柔性流水车间调度方法和群体智能优化理论相结合,提出一种面向舰载机弹药保障作业的调度优化算法。提出将复杂的弹药保障作业调度问题抽象规约为一类考虑工件交货期的柔性流水车间调度问题,引入启发式规则,构建兼顾高效性和可靠性实战要求的弹药保障作业调度数学模型ATSCA。结合弹药保障作业问题特征,设计提出一种基于双层整数编码的贪婪局部搜索遗传算法（GLSGA-DC）,改进操作算子和局部搜索算法设计,以最小化弹药保障完成时间为目标对保障模型进行求解。多组仿真结果表明,相比于同类算法,GLSGA-DC算法在Benchmark基准算例和实际弹药转运实例实验中均取得优秀的效果,在求解均值（AVG）、相对偏差（RD）等指标方面均明显占优,验证了ATSCA模型和求解算法在实际弹药保障任务中的有效性和鲁棒性。     

利用GECAM卫星Crab脉冲星观测数据的定轨分析

怀柔一号引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）卫星是中国探测引力波暴（GWBs）、快速射电暴（FRBs）和伽马射线暴（GRBs）等暴发现象高能电磁对应体的空间天文卫星。得益于使用硅光电倍增器代替传统器件的创新设计,GECAM在具有很高的时间分辨率（0.1μs）、绝对时间精度（～3μs）和很广视场的同时大幅减轻了重量。利用GECAM卫星的Crab观测数据,基于轨道动力学模型和脉冲星脉冲轮廓显著性分析的定轨算法（SEPO）开展了单脉冲星的定轨验证。结果表明该算法能实现对GECAM卫星B卫星的轨道进行定轨,利用40天的在轨观测数据可得定轨精度（99.7%置信度）如下：轨道半长轴精度为5.85 m,偏心率精度为0.000 121,轨道倾角精度为0.013 1°,升交点赤经精度为0.165°,近地点幅角精度为0.216°,平近地点角精度为0.217°。试验证明了用作伽马暴监视的微小卫星也可进行脉冲星定轨,为中国未来脉冲星空间定轨和导航提供了新的思路。