波阵风中的弹性飞机动力学建模与仿真

爆炸产生的波阵风以超声速或声速传播，且携带了高能扰动能量，它会对飞机产生显著的扰动作用甚至破坏作用。本文阐述了爆炸波阵风的模型，定义了波阵风与飞机的作用方法。将波阵风对飞机的作用折算为下洗效应，采用亚声速偶极子格网法，推导了波阵风对飞机的非定常激励力计算公式，基于此建立了波阵风中的弹性飞机动力学模型，提出了波阵风中的弹性飞机动响应仿真流程。数值仿真结果表明：波阵风激励力计算方法有效，能满足工程实践需求；在质心处，弹性飞机与刚体飞机的动响应差异不大；在翼尖区域，由于气动弹性效应，弹性飞机与刚体飞机的动响应结果有显著差别；波阵风的激励能量主要集中于1 Hz以下，在构建弹性飞机动力学模型时可以忽略振动频率比较高的弹性模态。     

九宫格超弹太阳池阵列折展性能仿真与优化

弹性铰链是一种自驱动柔性机构。其只依赖折叠时储存的弹性能量，并在展开时自然释放，不需要部署外部能源。弹性铰链具有重复性高、精度高、轻质、能耗低等优点，因而被广泛应用于航天领域。文章针对不同组合形式弹性铰链展开状态的稳定性问题，基于压杆稳定理论，建立对向单层弹性铰链的峰值力矩模型，分析其屈曲失稳情况，进而有效估计出空间折展机构抵抗外界载荷的能力。采用ABAQUS建立弹性铰链的有限元模型，以此来准确描述其折展特性。利用全因子实验设计方法对样本点进行实验规划，进而建立可描述铰链折展特性的数学代理模型，并以簧片间距离及中心角为变量对弹性铰链进行优化设计，得到使弹性铰链机构具有较大弯曲力矩以及较小最大收展应力的最佳结构参数为中心角76°，簧片间距离Se为16.2mm。     

弹性飞机动态飞行特性数值仿真系统

本文以弹性飞机为研究对象,将离散型阵风响应计算、弹性变形计算和飞机飞行动力学计算结合起来,开展了离散阵风作用下的弹性飞机飞行状态和飞行轨迹数值预测方法研究,并应用VC++和OpenGL语言开发了一套弹性飞机动态飞行特性的数值模拟系统,实现了弹性飞机阵风响应的数值仿真和可视化计算。数值仿真算例表明本文所采用的方法是可行的,本文所建立的仿真系统是可靠的。     

火星次表层探测雷达展开机构设计与试验

利用卷筒式伸杆机构展开后为金属薄带螺旋层叠式构型可作为天线的特性，提出了“类偶极子”的布局方案，使用两套卷筒式伸杆机构向反方向展开形成探测基线，解决了火星探测任务中次表层探测雷达天线展开长度需求大和收拢包络有限的矛盾。与其他次表层雷达天线展开机构进行了对比，指出“天问一号”的展开机构具有最小的收纳体积，最大的展收比，最适合需要安装多套载荷的应用场合。对卷筒式伸杆机构的组成及工作原理进行了阐述，给出了次表层探测雷达展开机构机械性能与其核心部件弹性卷筒构型参数间的关系，获得了弹性卷筒驱动力和基频的计算公式。分析结果表明：卷筒式伸杆机构展开状态基频由弹性卷筒的带宽、壁厚以及展开后的根部半径和末端半径决定；驱动力与带材的弹性模量、带宽成正比，与带厚的三次方成正比，其中带厚对驱动力的影响最大。对卷筒式伸杆机构的基频和驱动力进行了测试，试验结果与分析结果吻合良好。     

基于静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法研究

民用客机主要针对巡航外形设计,这就需要通过静气动弹性修正得到型架外形,保证型架外形在设计巡航状态飞行时,气动性能能够恢复到巡航设计状态。本文基于混合网格的N-S方程和结构柔度矩阵方法的耦合求解,发展了大飞机静气动弹性计算方法。根据静气动弹性变形过程的可逆性,结合飞行器质量分布、发动机推力以及巡航飞行重量等设计参数,发展了考虑静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法。利用所发展的修正方法,获得了某大型客机巡航飞行的型架修正外形,同时分析了其它飞行工况的弹性气动特性,并通过算例比较验证了本文发展方法的有效性。     

不同流动状态下舵面气动热弹性分析

颤振分析是高超声速飞行器设计中的关键技术之一。本文通过Fluent和ANSYS分别求解流场和结构场，研究了舵面模型在不同流动状态下的颤振问题。结果表明，对于本文模型，气动热使结构模态频率下降和产生热应变；在湍流下，舵面的颤振速度区间相比常温下降26.9%，在层流下，也有13.4%的下降；在相同马赫数不同动压下，动压较低时的舵面颤振位移响应趋于收敛。以上结果可为双楔形翼在高超声速飞行器中的应用提供参考。     

基于DEM-FEM耦合的超声喷丸强化数值分析

为了研究超声喷丸处理过程弹丸与构件之间弹塑性接触状态、应力场及表面状态分布规律，基于显式微粒离散函数的多弹丸撞击模型和Hertz-Mindlin(No Slip)碰撞接触力学定律，建立了弹丸冲击速度与恢复系数之间的模型。针对超声喷丸过程，建立DEM-FEM(离散元-有限元)耦合数值模型，建立ALE自适应网格模型，通过数值模拟研究恒定恢复系数与动态恢复系数对构件表面残余应力、残余应力层深度、表面宏观形貌的影响，恒定恢复系数增加的过程中，表面残余压应力、残余压应力层深度、表面粗糙度均增加，相比残余应力层深度与表面粗糙度，表面残余应力分布极值差低约12%,相比残余应力层深度内外端均值差值，表面残余应力与表面粗糙度差值低约9%～15%。结果表明，在恒定与动态恢复系数下，与残余压应力层深度相比，表面残余应力与表面宏观形貌更容易实现均匀性；与恒定恢复系数相比，动态恢复系数对构件表面引入的残余应力与试验结果误差均低于5%,预测更接近真实值。     

大直径整流罩运载火箭选型抖振试验研究

运载火箭在研制初期会根据卫星的包络需求提出整流罩的包络尺寸，进而提出火箭的初步构型设计。为了预示火箭设计构型的抖振风险，需针对火箭具体的外形尺寸、箭体频率、刚度数据开展跨声速抖振试验研究的相关工作。采用全弹性模型的抖振试验技术，以某型火箭3种5 m级直径整流罩构型为研究目标，通过开展2个方向的抖振试验，采用特征系统实现算法，评估3种火箭构型的抖振风险。研究结果表明：5.2 m直径整流罩+3.35 m直径三级构型一阶弹性模型对来流的响应时间短、响应幅值低，一阶和二阶弹性模型的气动阻尼值均大于零，可作为中国未来中型运载火箭大直径整流罩构型的外形设计方案。     

铺层区域划分对大展弦比机翼静气动弹性影响

为了研究铺层区域变量对大展弦比机翼静气动弹性的影响，本文在考虑几何非线性影响下，依据有限元分析，研究了外翼段铺层区域的划分以及90°铺层角度的个数对大展弦比机翼静气动弹性特性的影响。结果表明，0°、±45°、90°混合铺层的铺设效果优于只有0°、±45°铺层的区域；机翼变形情况随着外翼段铺层区域的增大而减小，且减小斜率逐步增大；外翼段铺层区域固定时，增加90°铺层角度个数会有效减小机翼变形，且机翼变形情况与增加的个数基本呈现负相关关系，其个数在铺层设计中可能存在一个最佳取值或最优占比。     

考虑组件保形约束的多组件结构系统布局优化

提出了一种考虑组件保形要求的组件布局-结构拓扑的多组件结构系统布局优化设计方法。在传统的多组件结构系统布局优化设计基础上，定义了组件设备的弹性应变能函数并用其定量衡量组件设备的弹性变形程度，在多组件结构系统布局优化过程中，采用组件设备的弹性应变能函数作为其保形设计约束，以实现抑制承载组件变形的设计目的。解析了组件设备保形设计约束对结构拓扑及组件布局设计变量的灵敏度，研究了组件保形设计约束与结构系统整体刚度之间的消长关系，分析了组件保形约束对组件布局及支撑结构材料拓扑分布的影响，在考虑组件保形设计约束的挂架系统布局优化模型中引入了系统的质心位置约束并完成了其解析灵敏度求解。通过数值算例，实现了考虑组件保形、材料用量分数、质心位置约束的多组件结构系统布局优化设计。数值算例的计算结果表明，引入组件保形约束的多组件结构系统布局优化设计方法能够有效抑制传力路径上参与承载的组件设备的弹性变形，实现组件设备的保形设计。