民用飞机侧滑角传感器安装位置数值研究

侧滑角传感器的安装位置会影响当地侧滑角测量的准确性,并且其尾迹涡可能会影响到布置在机头两侧其他传感器,因而研究侧滑角传感器的安装定位对民用飞机的操控特性和安全性有着重要意义。采用基于非结构网格的计算流体力学(computational fluid dynamic,简称CFD)数值模拟方法研究了侧滑角传感器安装位置对机头附近当地侧滑角和对当地攻角的影响。计算构型分别为全机干净机身构型和全机干净机身加上安装在机头上两组不同位置分布的侧滑角传感器构型。计算工况为来流马赫数0.85,来流攻角±2°,干净构型的来流侧滑角为0°～20°,传感器构型来流侧滑角0°和10°。对三种构型的流场、机头偏移面处当地侧滑角、当地攻角分布和无量纲涡量分布进行了分析比较,得到侧滑角传感器处当地侧滑角随来流侧滑角的变化规律,以及侧滑角传感器的尾迹影响区域及其对机头两侧当地攻角分布的影响,并给出了侧滑角传感器尾迹影响下机头两侧攻角传感器的合理布置区域。     

一种多任务模式离子液体推进剂的制备、表征及催化分解研究

为获得可用于多任务模式、高密度、高比冲、宽液态温度范围、良好热稳定性的新型离子液体推进剂,以N-甲基咪唑为原料,通过烷基化反应生成离子盐,该盐与四氟硼酸钠/双三氟甲磺酰亚胺锂发生复分解反应,制得一系列咪唑基离子液体。利用核磁共振 (1H NMR、13C NMR)、高分辨质谱（HRMS）等对产物结构进行了表征。并分别利用热重分析仪、密度仪、粘度计等,研究离子液体的热稳定性、密度、粘度等性能。通过点滴着火试验,借助高速摄像机评价了硝酸羟胺和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合后的推进剂点火燃烧性能。采用化学反应平衡产物软件考察了硝酸羟胺含量对推进剂能量特性的影响规律。结果表明,硝酸羟胺含量在40-60wt%之间是优选的推进剂配方。本文试验证明了50wt%硝酸羟胺与50wt%1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合推进剂具有良好的催化分解燃烧性能,是一种有潜力的新型多任务模式离子液体推进剂。     

陶瓷基复合材料螺栓渐进损伤计算与强度预测

为了准确预测陶瓷基复合材料螺栓的强度及损伤演化过程,建立了陶瓷基复合材料螺栓有限元模型,并采用渐进损伤模型实现了陶瓷基复合材料螺栓的失效分析,形成通用有效的陶瓷基复合材料结构渐进损伤有限元仿真方法。计算结果表明：陶瓷基复合材料螺栓在载荷1129N时萌生损伤。加载到失效载荷（1459N）时,损伤沿着螺纹槽扩展至整个螺纹槽。最后,损伤从螺纹槽扩展至螺杆中心导致螺杆断裂失效。螺栓的破坏位置在螺纹接触最上面的螺纹槽处,螺栓断裂的主要原因是材料的Z向拉伸破坏。     

基于DMD方法的缝翼低频噪声机理分析

认识缝翼低频噪声的产生机理十分重要,可指导先进的主被动噪声控制方法。本文开展了缝翼噪声的大涡模拟（LES）,利用动态模态分解（DMD）方法研究了缝翼低频噪声的产生机理。研究结果表明缝翼低频噪声具有显著的偶极子特性,其利用DMD分析揭示了缝翼噪声的产生机理,缝翼低频噪声源于剪切层中的大尺度涡结构与缝翼下壁面的周期性撞击效应,大尺度涡结构与低频噪声之间存在的流-声耦合的闭环反馈机制,根据反馈机制提出并验证了一种预测低频噪声的理论预测模型。     

基于矫正广义走廊的电动倾转旋翼机模态转换

研究了基于矫正广义走廊和在线增益调度方法的电动倾转旋翼机模态转换控制问题。针对传统配平方法导致模态转换过程中时变动态特征被忽略的不足,提出一种新的两步法配平策略,即矫正配平工作点,并获得矫正广义走廊,以减小系统实际运行状态与配平工作点的偏离程度,进而改善增益调度方法的控制效果。传统增益调度方法控制器设计工作量较大,针对该问题设计了在线增益调度算法,有效避免了拟合过程。对某小型电动倾转旋翼无人机（UAV）的仿真表明,基于所提方法使得倾转旋翼机平稳、快速地完成模态转换过程;实验数据进一步表明,矫正后广义走廊相比于矫正前可将对过渡走廊的平均跟踪误差显著减小。     

基于传递单元方法的局域反应声衬设计与试验

航空声衬的优化设计是指在发动机管道结构内铺设具有最优阻抗的声衬,以达到最大降噪效果,此过程一般需要对目标进行全尺寸的模拟计算。应用传递单元方法对单级低速轴流压气机试验台进行局域反应声衬的优化设计,并进行声衬消声效果的试验验证。试验结果显示,在设计频率下局域反应声衬对目标模态有良好的降噪效果,传声损失达到44.01 dB,而且具有一定的宽频降噪特性。利用传递单元方法计算的传声损失与实际测试结果趋势一致,声衬的实际降噪效果满足设计需求。研究表明,传递单元方法作为一种快速声学计算方法,适用于管道声传播的全尺寸理论评估,能够有效降低航空声衬的设计周期和成本,适合于工程应用。     

涡轮叶尖流动模式和流动机理研究

采用数值模拟方法研究了涡轮叶片平叶尖和凹腔叶尖两种典型叶尖结构泄漏流动的差异,目的是获取叶尖泄漏流与端壁涡系的相互作用机理认识。识别了涡轮叶尖泄漏流动的三个主要因素:流体源、动力源和损失源,提出叶尖流动模式。结果表明:叶尖泄漏流动的流体源包括压力面侧高压流体、上端壁附面层流体;驱动泄漏流动的动力源为吸力面和压力面之间的横向压力梯度、叶尖与上端壁的相对运动;主要损失源为泄漏流体与主流流体高速剪切形成的泄漏涡、泄漏流体与上端壁通道涡相互作用;通道涡的"低压陷阱"是泄漏流参与通道涡发展的主要原因。     

基于滑模观测器和干扰观测器的弹性高超声速飞行器控制

研究了基于滑模观测器和干扰观测器的弹性高超声速飞行器纵向通道控制。首先,利用可测飞行高度、俯仰角速率估计误差设计滑模观测器,重构未知攻角、航迹角;其次,设计干扰观测器估计包含弹性耦合和阵风等外部干扰的集总扰动;再次,将高超声速飞行器纵向通道模型分为速度、高度2个功能子系统,采用基于反步法的动态逆方法,避免系统复杂度爆炸问题,设计舵面偏角和燃油当量实现对期望高度和速度信号的有效跟踪;最后,通过仿真测试验证该方法的有效性。     

四旋翼无人机非奇异终端滑模位置控制器设计

针对四旋翼无人机存在模型不确定性、在野外飞行时易受外界环境干扰问题,首先采用牛顿-欧拉法进行系统建模;然后按照内外环控制结构,外环位置控制器输出姿态指令作为内环姿态控制器的输入,内环采用串级PID控制器,重点针对外环设计了一种非奇异终端滑模控制器,并基于Lyapunov理论证明了位置子系统的稳定性,得出系统误差能够在有限时间收敛到0的结论;最后,通过定点控制和轨迹跟踪仿真,表明控制器具有较快的响应速度和良好的抗干扰性能,能够快速精确地进行轨迹跟踪。     

考虑几何限制的航向道模式设计

民机自动飞行系统在截获LOC信标切入跑道中心线时,由于空间几何限制导致较大超调,会对飞行安全产生不利影响。针对这一问题,设计了一种考虑几何限制的航向道模式。为了解决LOC线性区外信号不能用于自动飞行指令计算的问题,利用飞行管理系统的现有功能计算出飞机偏离跑道中心线的水平偏差;使用切入点位置和最大滚转角的几何限制作为机动判断条件,同时以进入线性区作为LOC模式的激活条件,使得飞机在达到几何限制时能提前机动。最后,通过仿真对比了采用三种不同LOC截获方法时飞机的响应,仿真结果表明所提出的方法能够有效解决因几何限制导致的LOC截获超调问题。