陷窝诱导涡结构数值模拟分析

为了澄清陷窝诱导涡结构及其对尾流的扰动方式,针对布置深宽比0.2陷窝的两平板间充分发展流动进行了稳态数值模拟。应用张涵信的旋涡沿轴线的非线性分叉理论分析表明陷窝内涡结构为失稳破裂的半涡环,总结了陷窝对尾流的扰动方式。研究发现,陷窝诱导的旋涡分离为螺旋点/鞍点/螺旋点分离。物面的分离螺旋点形成,在空间演化为垂直物面发展的对称类龙卷风涡结构。对称类龙卷风涡在对称面闭合形成半涡环。半涡环经历了从稳定升起、沿流向随着涡粘性扩散和涡粘性耗散下变得不稳定、到最后在强逆压梯度下泡型涡破裂的过程。半涡环涡破裂涡量散开诱导形成陷窝尾流的弱纵向涡和陷窝尖后缘绕流产生的边涡旋转同向,加强了陷窝后流场的对流强度。     

半球陀螺谐振子环向振型进动特性研究

基于半球谐振子的实际加工结构特征,为降低维持半球谐振陀螺振动所需的能量损耗,建立半球谐振陀螺能量型谐振子数学模型,并研究半球谐振子绕中心轴旋转时环向振型的变化规律;通过分析半球谐振子顶端角、底端角和壁厚的非理想性对进动因子的影响,确定半球壳体旋转时应选取的最佳振型与进动因子。采用ANSYS软件构建一系列模型,验证有关理论研究结果。通过计算仿真分析可知,半球谐振子进动因子对顶端角变化的敏感性远大于对底端角变化的敏感性,且顶端角变化引起的角速度误差远大于相同底端角变化引起的角速度误差,为半球谐振陀螺的谐振子加工研制提供了理论依据。     

全动翼面间隙非线性气动弹性响应分析

战斗机全动翼面操纵系统中普遍存在间隙,其非线性特性不但影响系统地面振动试验数据的有效性,而且可能导致飞行器气动弹性稳定性边界产生偏差,因此有必要开展考虑间隙非线性的气动弹性响应分析研究。以全动翼面旋转方向间隙为研究对象,基于虚拟质量法线性化模态振型,建立一组可以表达整个响应域变形的统一模态振型;采用有理函数拟合,将频域非定常气动力转换到时域,分析不同间隙参数对应的极限环响应特性。结果表明：当全动翼面结构系统中存在间隙时,在低于线性颤振边界的特定飞行区域,翼面会出现非线性极限环振荡现象,间隙参数会影响极限环振荡幅值、频率以及极限环振荡的进入临界速压和发散临界速压。     

航空发动机异型推力轴承轴向力测试方法

某型航空发动机推力轴承外环与鼠笼弹支集成一体式,为满足该轴承轴向力测试要求,提出了一种新型轴向力测试改装设计和双向轴向力测试方法,给出了轴向力测试改装原则、等弯矩测力环结构设计方法及力学模型、强度计算对比分析、贴片引线设计、测试结果分析,并与现场测试结果进行了对比.理论计算与现场标定试验结果误差小于5％;现场试车中,双...     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时,相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重,采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先,建立了合成声束三维声场分布模型,分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点,发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好,同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后,建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM,Total Focusing Method）,并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建,可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后,利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验,结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测,相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

基于主动流动控制技术的无舵面飞翼布局飞行器姿态控制

飞翼布局飞行器因其升阻比高、隐身性能好等诸多优势得到越来越广泛的应用,但是操纵舵面偏转会增加飞行器的雷达散射截面积。提出了采用射流环量控制和反向射流两种主动流动控制技术实现飞行器的无舵面飞行姿态控制。利用风洞测力试验对射流环量控制和反向射流的\"舵效\"进行了分析,结果表明环量控制技术能产生规律变化且可控的滚转和俯仰力矩、反向射流产生的偏航力矩随控制信号规律变化。飞行试验记录了飞行器姿态随射流激励器控制信号的变化规律,飞行数据表明俯仰环量控制激励器能有效地控制无人机的俯仰运动;无人机的横航向操纵存在耦合,但滚转环量控制激励器和反向射流能控制无人机的滚转和偏航运动。     

大推力并联混合动力涡扇发动机全航程综合能量管理策略设计及验证

为使大推力航空并联混合动力推进系统在考虑节能减排效益的同时,充分挖掘涡轮电气化后部件的性能提升潜力,本文依托某并联混合动力齿轮传动涡扇发动机(Parallel hybrid geared turbofan,PH-GTF)推进系统概念模型,在\"发动机主燃油闭环+电动力系统转矩补偿\"控制结构下,针对典型飞行航程所包括的低功率工况段、起飞爬升段、巡航段、下降段,分别设计了相应的能量管理策略,并基于不同飞行工况在全航程内进行调度.通过典型飞行航线下的数字仿真及硬件在环(Hardware in the loop,HIL)仿真验证,结果表明,相较于未采用混合动力改型的基线GTF发动机,应用所设计综合全航程能量管理策略的PH-GTF推进系统,该航线下总燃油消耗量和NOx排放量分别降低5.70%和10.72%,其中在低功率工况下,可变放气活门(Variable bleed valve,VBV)可以减小54.35%的排气量;在航空节能减排所重点关注的等高等速巡航段,耗油量和NOx排放量分别降低18.93%和30.19%.所设计综合全航程能量管理策略兼顾了部件性能提升和节能减排效益,符合未来绿色航空推进系统的设计理念.     

嵌入式分布式架构下航空发动机模型预测控制方法研究

传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法,并进行了鲁棒性分析：采用改进的组合线性模型求解方法,在保证精度的前提下大幅缩短求解时间,解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题;设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器,解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题;考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性,建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台,解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题;采用多节点模块化设计方法,设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法,解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明：模型预测控制的效果优于传统PID控制效果,有效地提高了发动机的动态响应;同时,在存在网络丢包情况下,本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。     

基于神经网络时延预测的航空发动机内模控制器设计（英文）

针对航空发动机分布式控制系统中时延不确定问题,提出了一种基于神经网络时延预测的航空发动机内模多变量控制设计方法。首先分析了分布式控制架构下网络时延产生的原因及影响因素。然后设计了内模控制器,包括基于神经网络的时延预测模块、内模主控制器模块、执行机构小闭环控制模块以及与发动机起动过程开环控制计划相结合的切换控制模块。在理想和扰动条件下,从理论上分析了基于预测时延的内模控制系统的稳定性能,并对所提控制策略下允许的最大时延进行了说明。最后进行了全数字仿真和硬件在环仿真试验。结果表明,所设计的神经网络时延预测模块具备高精度预测能力,内模控制器的稳态误差不超过0.5%,具有良好的抗干扰能力、并满足实时性要求,具有一定的工程应用价值。     

LAMP耦合荧光侧向流层析试纸条的空间微生物快速检测技术

微生物种类及其含量监测是空间站内微生物控制的重要环节。但是空间环境的微重力条件及对资源的条件限制导致地面常规检测实验难以开展,因此在轨微生物检测主要依靠培养法。基于侧流层析试纸条的生物分子识别检测方法具有不受微重力环境影响的优点,耦合荧光检测方法可以达到较高的检测灵敏度,是在轨微生物检测的潜在方法之一。针对空间环境中对航天员生活环境及仪器仪表设备具有潜在危害的微生物,研究了一种基于环介导等温扩增（LAMP）耦合荧光侧流层析试纸条的微生物核酸鉴别技术。研究结果表明,该技术可实现对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等空间站常见有害微生物的高灵敏、高特异性、快速检测,检测时间小于60 min,灵敏度达到100 copy·μL^–1。