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中国飞机结构寿命可靠性评定技术的发展与展望

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航空学报 2022年第10期43卷 149-159页

作者：闫楚良北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

首先,在中国40余年的飞机结构定寿与延寿研究成果的基础上,结合中国国情、试验条件和科技发展水平,探讨了机群个体寿命可靠性评定体系与单机寿命监控技术。该技术包括建立新机结构寿命可靠性验证体系,发展大子样载荷谱实测技术、大子样... 详细信息

首先,在中国40余年的飞机结构定寿与延寿研究成果的基础上,结合中国国情、试验条件和科技发展水平,探讨了机群个体寿命可靠性评定体系与单机寿命监控技术。该技术包括建立新机结构寿命可靠性验证体系,发展大子样载荷谱实测技术、大子样全尺寸飞机疲劳试验技术、试验装置模块化与智能化、以及中子光视觉监控技术等。然后,对中国飞机大数据智能监控平台建设进行了展望。该平台将中国飞机寿命可靠性评定技术提升至机群个体寿命可靠性评定与实时监控的国际先进水平,在保障飞行安全的同时,成倍延长机群使用寿命,改变中国与美国目前相对飞机数量少和寿命短的格局。

关键词：飞机寿命新机结构验证大子样测试试验装置智能化中子光视觉技术单机实时监控飞行安全

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基于任务的军用飞机闭环动态特性要求

航空学报 2022年第10期43卷 58-80页

作者：王立新田娇王晋刘海良乐挺北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

现有的军用飞行品质规范针对不同种类飞机与不同飞行阶段,分别给出了其操稳特性的要求,但难以直接应用于指导军用飞机执行特定作战任务的飞行控制律设计。基于任务的飞行品质评定方法,以实际飞行任务的要求为依据来设计飞行品质评定的... 详细信息

现有的军用飞行品质规范针对不同种类飞机与不同飞行阶段,分别给出了其操稳特性的要求,但难以直接应用于指导军用飞机执行特定作战任务的飞行控制律设计。基于任务的飞行品质评定方法,以实际飞行任务的要求为依据来设计飞行品质评定的机动动作,通过地面模拟试验或飞行试验的客观试验结果,并考虑飞行员的主观评价来综合评定军用飞机的飞行品质等级。介绍了基于任务的飞行品质评定方法,讨论了评估机动任务的主要设计指标,给出了基于任务的飞行品质评定方法建立的近距空战、空中加/受油、对地攻击、舵面破损等4种典型任务/场景下飞机闭环响应特性的要求建议。通过对比分析阐述了这些要求与常规飞行品质评定准则的差异性及其应用的有效性。研究结论可为基于任务的军用飞机的飞行品质准则制定以及飞行控制律设计等提供理论参考。

关键词：飞行品质基于任务闭环响应特性评定准则军用飞机

飞机燃油系统全飞行剖面热边界模拟与温度预测

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北京航空航天大学学报 2022年第3期48卷 369-375页

作者：王瑞卿李栋李运华王曦北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083

通过仿真实验和机器学习,对影响飞机燃油系统温度的主要因素进行了研究,并对燃油系统温度进行了预测。对飞机燃油系统的基本结构布局进行了描述。利用Simulink仿真平台建立了燃油系统热动态仿真,该模型可以模拟出全飞行剖面下燃油回路... 详细信息

通过仿真实验和机器学习,对影响飞机燃油系统温度的主要因素进行了研究,并对燃油系统温度进行了预测。对飞机燃油系统的基本结构布局进行了描述。利用Simulink仿真平台建立了燃油系统热动态仿真,该模型可以模拟出全飞行剖面下燃油回路各个节点的温度,通过改变不同的条件得到影响燃油系统各个节点温度的主要影响因素,并通过机器学习模型对燃油系统的温度进行预测。研究成果可以估计和感知燃油系统的工作温度及飞机液压、滑油等系统的工作温度,为进一步进行燃油液压系统的热边界感知和机载液压与机电系统热载荷吸收控制打下基础。

关键词：燃油系统热边界模拟仿真建模温度预测机器学习

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涂层加速老化与自然曝晒试验的相关性分析

北京航空航天大学学报 2022年第1期48卷 27-35页

作者：汪鹏飞贺小帆张涵李玉海北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

为了研究加速老化试验与自然曝晒试验的相关性,进行了飞机典型7B04 T74铝合金-30CrMnSiA钢-7B04 T74铝合金双排8个钢螺钉连接件在防护涂层加速谱下6个周期的加速老化试验和海南万宁2年的自然曝晒试验。观测并记录了不同加速周期和曝晒... 详细信息

为了研究加速老化试验与自然曝晒试验的相关性,进行了飞机典型7B04 T74铝合金-30CrMnSiA钢-7B04 T74铝合金双排8个钢螺钉连接件在防护涂层加速谱下6个周期的加速老化试验和海南万宁2年的自然曝晒试验。观测并记录了不同加速周期和曝晒年限的防护涂层失光、变色、粉化、起泡、开裂、剥落和基体腐蚀现象,对加速老化和自然曝晒的防护涂层表观老化特征、基体腐蚀产物进行了对比分析,表明加速老化试验可以再现外场老化特征。考虑到防护涂层老化特征的多属性和动态性,对2种环境下的老化损伤进行了综合量化评估,用指数函数描述老化特征量随时间的变化规律。通过老化动力学规律的对比,给出了当量加速关系的表示形式,并得到了加速谱和海南万宁自然曝晒试验的当量加速关系为0.4年/周期。

关键词：防护涂层相关性当量加速关系加速老化试验自然曝晒试验

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飞机阵风响应减缓技术综述

航空学报 2022年第10期43卷 208-248页

作者：杨超邱祈生周宜涛吴志刚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为降低阵风对飞机飞行性能与安全的影响,早期往往通过加强飞机结构来抵抗阵风干扰。从20世纪50年代开始,人们逐步发展了基于主动控制的阵风响应减缓技术,并成功应用于多个实际飞机型号,有效降低了阵风响应,提高了飞机的疲劳寿命和飞行... 详细信息

为降低阵风对飞机飞行性能与安全的影响,早期往往通过加强飞机结构来抵抗阵风干扰。从20世纪50年代开始,人们逐步发展了基于主动控制的阵风响应减缓技术,并成功应用于多个实际飞机型号,有效降低了阵风响应,提高了飞机的疲劳寿命和飞行品质。国内的相关研究起步较晚,在国产大飞机等项目的需求牵引下,阵风减缓的工程应用已提上日程。本文提出了飞机阵风减缓研究的总体技术路线,并按此路线梳理了以下技术的历史发展和研究现状:首先介绍了阵风减缓的基础数学模型,涉及飞机动力学模型、阵风模型、非定常气动力模型及阵风响应分析方法;其次从减缓控制机理和控制律设计两个方面分析了阵风减缓的设计方法;回顾了阵风减缓风洞试验和飞行试验及实际应用的具体案例;最后概述了阵风减缓研究的前沿进展并总结了亟需解决的关键技术问题,以期为该领域的科研和工程技术人员提供借鉴与帮助。

关键词：阵风响应阵风减缓气动弹性主动控制风洞试验飞行试验

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基于边界元法的三维结构体滑跳运动数值仿真

北京航空航天大学学报 2022年第9期48卷 1678-1691页

作者：杨超姜宇吴志刚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

利用滑跳运动实现近水面高速机动飞行的击水式飞行器是近年来的热点问题,三维结构体高速斜入水冲击载荷求解是滑跳运动数值仿真的关键步骤。针对滑跳运动开展研究,建立了一种基于边界元法的可以考虑结构弹性效应的三维结构体近水面滑跳... 详细信息

利用滑跳运动实现近水面高速机动飞行的击水式飞行器是近年来的热点问题,三维结构体高速斜入水冲击载荷求解是滑跳运动数值仿真的关键步骤。针对滑跳运动开展研究,建立了一种基于边界元法的可以考虑结构弹性效应的三维结构体近水面滑跳运动时域数值仿真方法。高速斜入水冲击载荷由边界元法求得,利用状态方程直接积分法求解得到结构节点位移动力响应,并通过滑跳运动动力学模型更新结构体的质心位置及运动速度。针对钢球高速斜入水冲击现象进行数值仿真并与试验结果对比,验证了所提方法的准确性。开展三维刚性球冠体的近水面滑跳运动时域数值仿真和变参分析,得到了结构质量、初始高度、水平抛出速度和半径大小4种参数对球冠体滑跳运动的影响规律。考虑结构弹性效应后,高速斜入水冲击载荷减小,对球冠体滑跳运动也有一定影响。

关键词：滑跳运动边界元法入水冲击流固耦合球冠体

基于深度强化学习的复杂地形适应机器人设计与实验

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宇航学报 2022年第9期43卷 1176-1185页

作者：杨顿杨帅于洋王琪北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对行星表面轻量化自主探测任务,基于仿生思想设计了一种仿海胆结构的十二足球形机器人,其具备自主改变构型以贴合复杂地形的能力,可实现无倾覆、高容错的全向运动;基于数据驱动方法,对该机器人设计了一种数据高效的无模型强化学习运... 详细信息

针对行星表面轻量化自主探测任务,基于仿生思想设计了一种仿海胆结构的十二足球形机器人,其具备自主改变构型以贴合复杂地形的能力,可实现无倾覆、高容错的全向运动;基于数据驱动方法,对该机器人设计了一种数据高效的无模型强化学习运动策略,可实现无先验知识的从0到1步态训练以及步态的实物样机快速部署。通过在平面地形和非结构化地形中对其进行仿真实验,验证了经过训练的机器人具备自主运动、适应非结构地形等能力;通过与常用基准策略进行对比,证实了本文提出的运动策略具有训练高效、鲁棒性好的优势;最后通过开发原理样机,开展实物实验验证了仿真环境中所生成的步态在真实物理环境中的动力学可行性。

关键词：仿生机器人强化学习复杂地形自主运动策略行星探测

旋转部件SGBEM-FEM耦合热弹性断裂分析

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北京航空航天大学学报 2022年第9期48卷 1702-1709页

作者：董雷霆贺双新北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

旋转部件载荷复杂,易萌生裂纹,引发疲劳断裂失效。针对含裂纹受热旋转部件,在全局无裂纹区域使用有限元法(FEM),发挥其在大型结构仿真分析方面的优势;在裂纹附近局部子域使用对称伽辽金边界单元法(SGBEM),发挥其在结构断裂分析方面的优... 详细信息

旋转部件载荷复杂,易萌生裂纹,引发疲劳断裂失效。针对含裂纹受热旋转部件,在全局无裂纹区域使用有限元法(FEM),发挥其在大型结构仿真分析方面的优势;在裂纹附近局部子域使用对称伽辽金边界单元法(SGBEM),发挥其在结构断裂分析方面的优势。构造考虑旋转惯性载荷和热载荷影响的SGBEM超单元,该超单元刚度矩阵对称半正定,且施加的旋转惯性载荷和热载荷仅影响等效力向量,可实现与有限元刚度矩阵和力向量的直接装配,从而耦合求解旋转部件的热弹性断裂问题。采用构造的SGBEM超单元FEM耦合法计算了含裂纹受热旋转圆盘的应力强度因子,验证了该方法的有效性。

关键词：对称伽辽金边界单元法(SGBEM) 超单元热弹性旋转惯性载荷应力强度因子

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面向扑翼翼面运动参数的优化设计

北京航空航天大学学报 2022年第7期48卷 1324-1331页

作者：吴越谢长川杨超安朝北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

扑翼机的飞行依赖于扑翼翼面的运动,经过优化的运动策略能够使特定翼面发挥最佳的气动性能。然而目前扑翼机设计中缺乏有效的运动参数优化方法,无法针对给定机翼确定一组最优运动参数。采用非定常涡格法(UVLM)计算扑翼气动力,与现有的... 详细信息

扑翼机的飞行依赖于扑翼翼面的运动,经过优化的运动策略能够使特定翼面发挥最佳的气动性能。然而目前扑翼机设计中缺乏有效的运动参数优化方法,无法针对给定机翼确定一组最优运动参数。采用非定常涡格法(UVLM)计算扑翼气动力,与现有的实验数据进行对比,验证了气动力计算方法的准确性。基于DIRECT(矩形分割)全局优化算法,以最大化推进效率为特定优化目标,对扑翼运动参数进行了迭代优化。结果表明,通过该优化算法能够得到最优扑翼运动参数,有效提高特定气动性能;应用优化算法计算得到的平均推力与基准运动的平均推力相比,在数值上有1.04倍的提高。在设计过程中,降低气动力约束有利于扑翼运动优化,使给定扑翼翼面具有更大的推进效率,无气动力约束的最大推进效率与基准运动的推进效率相比提高了46.8%。

关键词：非定常气动力涡格法全局优化扑翼飞行器设计