电动飞机技术的发展研究

电动飞机技术是一项跨时代的高新技术。它和电动汽车的发展轨迹一样,改变了传统的飞机设计思想,从飞机绿色环保、高效节能的理念出发,优化整个飞机的设计,极大地提高了飞机的可靠性、环保性、舒适性和维修性。电动飞机是未来飞机的发展方向。     

电动飞机发展白皮书

与传统飞机相比,电动飞机以电能作为推进系统的全部或部分能源,是航空业贯彻绿色航空、应对全球环境挑战的重要举措,是实现航空业2050年全球碳排放量减至2005年排放水平50%目标的必然选择,同时也是"第三航空"时代的重要标志。电动飞机开启了航空领域新一轮创新与变革热潮,引领航空技术创新、推动绿色航空发展,将对世界航空业产生革命性的影响。在电动飞机领域,目前国内外各研究机构和企业均处于起步阶段,以此为契机,我国电动航空业有望迅速达到或赶超世界先进水平,同时带动我国多个相关产业的整体发展。为进一步引领国内电动飞机技术发展、推动电动飞机产业布局,中国航空研究院组织国内优势力量,从电动飞机发展必要性、定义与分类、重点产品、关键技术、措施建议等方面,研究提出电动飞机发展白皮书。白皮书提出我国应重点发展城市空运、轻型运动、通勤运输、干支线运输等4类电动飞机;聚焦总体设计技术、高效高功重比电推进技术、能量综合管理技术、能源系统技术等重点领域关键技术发展;建议制订电动飞机发展战略规划、加大研发投入,同时关注适航能力建设与人才培养,从而推动我国电动飞机发展。     

一种小型高功率密度伺服驱动模块设计

针对新一代工业数控系统对交流伺服驱动控制系统提出的小型化、高功率密度的迫切需求,提出一种新型功率伺服驱动模块。该模块集栅极驱动、功率变换、信号传感、电路保护等多功能于一体。重点研究了功率开关器件MOSFET的驱动电路和过压、过流及过温保护电路,详细说明了各保护电路结构及参数的优化计算方法。试验结果表明:该伺服驱动模块具有体积小、驱动能力强、功率密度高、功耗低和可靠性高等优点。     

精密机电设备寿命评估方法

寿命评估技术既是确保设备安全、可靠运行的核心和关键,也是设备定寿、延寿的重要依据。从工程的视角,根据精密机电设备的工作状态,将精密机电设备分为新研设备、工作态设备、贮存态设备3类,分析这3种状态机电设备的特点及可以获取的信息资源,进而对新研设备、工作态设备、贮存态设备的寿命评估方法进行了系统研究和评述,对存在的问题及未来发展趋势进行了分析和展望。鉴于难以对复杂精密机电设备的机理进行建模,数据驱动的寿命估计已成为当前研究的主流,本文在3种状态机电设备分类的框架下,重点分析了数据驱动寿命估计的研究动态。     

基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析方法

为了更精确地进行航空发动机轮盘的疲劳可靠性分析,考虑缺口区域应力应变分布对疲劳寿命的影响,通过有限元模拟试验确定材料场径,采用应力应变场强法对轮盘进行确定性疲劳寿命分析。考虑场强因子及各参数的随机性,利用分布式协同响应面建立疲劳可靠性分析模型,并建立基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析流程。结果显示:99.90%可靠度下的轮盘疲劳寿命为9595循环,相比确定性安全寿命6557循环,轮盘具有一定的寿命裕度。而应力应变场强法与传统方法理论分析结果相比,传统方法分析结果偏小,趋于保守。验证了基于应力应变场强法进行结构疲劳可靠性分析的合理性。     

FGH96粉末高温合金亚尺寸轮盘研制及试验验证

粉末高温合金涡轮盘是高推重比航空发动机研制的关键。由于粉末高温合金材料的特殊性,为了保证粉末高温合金轮盘的可靠性,需要修正传统轮盘强度和低循环疲劳寿命设计技术并进行验证。本文设计了亚尺寸结构的粉末高温合金轮盘,并对其进行了计算及分析,最后在试验器上进行了试验验证。该亚尺寸轮盘研制成功对高推重比涡轮盘的研制有重要意义。     

串列双热气球空中安全距离数值分析

采用标准湍流模型对高雷诺数下迎风串列双热气球在不同间距条件下外部绕流流场进行了数值模拟。分析了各个热气球的绕流阻力。并在此基础上给出串列双热气球同时升空时避免干扰的安全距离为4d。为飞行员控制热气球间距以及避免热气球在空中发生碰撞事故提供了参考。     

一种基于高斯混合模型粒子滤波的故障预测算法

针对一类故障预测问题提出了一种基于粒子滤波的故障预测算法。在算法的状态估计阶段,采用联合估计和粒子滤波同时估计对象系统故障演化模型状态和未知参数的后验分布。在算法的状态预测阶段,采用了两种不同的计算方法：一种方法是对状态变量当前时刻的后验分布进行迭代采样,从而获得未来时刻的状态变量的先验分布;另一种方法是采用数据驱动的方法预测未来一段时间内对象系统的量测信息,从而将未来时刻状态变量的先验分布的预测问题转化为一个求解后验分布的估计问题。采用高斯混合模型近似随机变量分布密度,从而将两种方法的计算结果在一个统一的预测框架之下进行有效交互,进一步提高了预测的准确性和可靠性。在算法的决策阶段,在获取的故障演化模型状态变量分布基础上,结合一定的故障判据近似计算出对象系统剩余寿命分布。故障预测仿真实验结果证明了所提算法的有效性。     

三维广布裂纹疲劳扩展分析

 飞机结构表面由于腐蚀、疲劳等原因存在三维广布裂纹,相邻裂纹在疲劳载荷作用下相互影响、相互促进,从而加速了结构破坏。为了探讨并求解三维广布裂纹结构的疲劳寿命,选取表面有两个半椭圆形表面裂纹的有限厚矩形板为计算模型,采用参数化有限元方法,求解裂纹前沿的应力强度因子、裂纹扩展方向和裂纹扩展增量,建立并应用应力强度因子变化历程,采用循环接循环损伤累积方法,对结构在疲劳载荷作用下的寿命进行了预测。预测结果为复杂环境中三维广布裂纹飞机结构的寿命评估提供了参考。     

基于应变的单机寿命监控技术研究

为权衡按传统的机群寿命管理方法对现役飞机的寿命进行管理时的利弊，阐述了单机寿命监控的意义、技术以及国内外单机寿命监控的现状，分析了基于应变的单机寿命监控技术途径，提出了基于应变的飞机寿命监控的损伤计算方法，建立了损伤计算模型，并通过简单试验验证了该模型和方法的有效性。