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飞机典型结构当量初始缺陷尺寸分布模型研究

南京航空航天大学学报 2024年第3期56卷 438-446页

作者：冯浩凌许希武古兴瑾俞晓楠南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

利用结构耐久性分析技术可以在保证飞机结构可靠性的同时,有效提高飞机结构的经济性。应用结构耐久性分析技术,对某型飞机飞行载荷谱作用下一种7B04-T651高强铝合金典型疲劳结构的原始疲劳质量(Initial fatigue qualit,IFQ)进行了研究... 详细信息

利用结构耐久性分析技术可以在保证飞机结构可靠性的同时,有效提高飞机结构的经济性。应用结构耐久性分析技术,对某型飞机飞行载荷谱作用下一种7B04-T651高强铝合金典型疲劳结构的原始疲劳质量(Initial fatigue qualit,IFQ)进行了研究。开展了3级不同应力水平下的飞行载荷谱疲劳试验研究;利用极大似然估计法处理基于三参数Weibull分布的裂纹萌生时间分布的参数估计问题,利用蒙特卡罗法对比验证了该方法的正确性,提出使用对数样本矩处理当量初始缺陷尺寸(Equivalent initial flaw size,EIFS)分布以获取通用当量初始缺陷尺寸分布模型;建立描述该典型结构的原始疲劳质量模型,验证其当量初始缺陷尺寸小于许用规定的0.125mm;最后通过对该典型结构的原始疲劳质量分析,验证了通用化方法的正确性和实用性,并且建立了结构在不同应力区、不同指定裂纹尺寸和不同可靠度下的寿命估计模型。

关键词：原始疲劳质量裂纹萌生时间当量初始缺陷尺寸极大似然估计铝合金

基于自适应参数优化RSSD-CYCBD的行星齿轮箱复合故障诊断

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北京航空航天大学学报 2024年第10期50卷 3139-3150页

作者：孙环宇杨志鹏王艺玮郭琦南京航空航天大学自动化学院南京211106 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对行星齿轮箱多振源耦合导致故障源辨识困难、较弱故障特征容易被噪声和较强故障特征掩盖,以及由传播路径引起的信号衰减导致的故障特征微弱等问题,提出一种自适应参数优化的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的... 详细信息

针对行星齿轮箱多振源耦合导致故障源辨识困难、较弱故障特征容易被噪声和较强故障特征掩盖,以及由传播路径引起的信号衰减导致的故障特征微弱等问题,提出一种自适应参数优化的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的行星齿轮箱多故障耦合信号分离及诊断算法。根据轴承和齿轮故障的不同共振属性,用RSSD算法将多故障耦合信号分解为包含齿轮故障特征的高共振分量和主要包含轴承故障特征的低共振分量后,通过CYCBD算法分别对高、低分量进行解卷积,消除传播路径影响和噪声干扰,实现微弱故障特征的增强和提取。特别地,针对RSSD和CYCBD中参数优化困难、依赖人工经验和自适应差等问题,使用基于松鼠算法(SSA)对参数进行自适应优化选取,设计了融合包络谱峭度、自相关函数最大值均方根和特征频率比在内的复合指标作为优化目标。对解卷积后的信号进行包络解调提取故障特征频率,识别不同故障源。通过行星齿轮箱多故障模拟信号和实测信号验证了所提算法的有效性和可行性,进一步地,将所提算法集成在边缘计算设备中,为行星齿轮箱等旋转机械的状态检测诊断及远程运维提供解决方案。

关键词：多源故障分离共振稀疏分解最大二阶循环平稳盲解卷积松鼠算法行星齿轮箱

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基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 590-598页

作者：史艳博葛红娟王永帅潘怡晨南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单... 详细信息

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。

关键词：变压整流器脉波倍增无源电压纹波注入谐波抑制匝比多电飞机平衡电抗器移相变压器

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复杂盒形件拉深气胀精确热成形工艺

稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1582-1591页

作者：乔旭东陈明和谢兰生南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对复杂盒形零件一次拉深成形不足的问题,提出了一种拉深气胀复合精确热成形工艺,其成形零件的外形及壁厚均满足设计要求。以TC2钛合金复杂盒形件为研究对象,研究了TC2钛合金在550~800℃和0.001~0.1 s^(-1)条件下的高温成形性能。设计... 详细信息

针对复杂盒形零件一次拉深成形不足的问题,提出了一种拉深气胀复合精确热成形工艺,其成形零件的外形及壁厚均满足设计要求。以TC2钛合金复杂盒形件为研究对象,研究了TC2钛合金在550~800℃和0.001~0.1 s^(-1)条件下的高温成形性能。设计了一套可一次性完成拉深、气胀的模具。基于有限元仿真模拟软件PAM-STAMP对零件成形过程进行模拟,获得了优化工艺参数并进行实验验证。结果表明:PAM-STAMP仿真软件可以预测零件拉深和气胀缺陷,优化了工艺参数和模具形状并进行实验验证。实验在800℃、气体压力2.5 MPa条件下获得了壁厚、侧边高度均符合设计要求的零件,验证了该拉深气胀复合工艺的可行性。

关键词： TC2钛合金高温流变性能复合工艺数值模拟

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基于高速飞行器火力控制模型的智能解算方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1693-1701页

作者：杨犇金飞腾刘燕斌陈柏屹彭寿勇南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学自动化学院南京211106 北京空天技术研究所北京100074

研究吸气式高速飞行器的火力控制解算问题,针对高速飞行器较传统的亚音速与超音速飞行器系统响应时间短,飞行环境复杂,对火力控制模型解算要求度高等难点,提出了一种高速飞行器火力控制模型的解算方法。构建了面向高速飞行器平台的火力... 详细信息

研究吸气式高速飞行器的火力控制解算问题,针对高速飞行器较传统的亚音速与超音速飞行器系统响应时间短,飞行环境复杂,对火力控制模型解算要求度高等难点,提出了一种高速飞行器火力控制模型的解算方法。构建了面向高速飞行器平台的火力控制模型,并根据高速飞行器的飞行特性,使用快速模拟法结合阿基米德优化算法求解攻击区域,并反解出载机初始的指令信号。仿真结果表明,该解算方法解算精度高,控制参数少,所实现的攻击区域广,且能发挥高速飞行器较强的飞行性能。

关键词：高速飞行器火力控制攻击区域阿基米德优化算法智能解算

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共线平动点中心流形上的轨道转移问题

空间科学学报 2024年第3期44卷 556-569页

作者：杨富涛张汉清南京航空航天大学航天学院南京211106

圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性,在深空探测任务中有着重要价值,这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究.针对平动点轨道的计算与延拓,提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及... 详细信息

圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性,在深空探测任务中有着重要价值,这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究.针对平动点轨道的计算与延拓,提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及状态伴随法的轨道稳定维持策略.在此基础上,通过对大量平动点轨道不变流形以及平动点相空间中心流形的研究,设计了一套通过脉冲机动实现平动点轨道间轨道转移的系统性解决方案.该方法充分利用平动点动力学特性,在仿真验证中证实了方案的有效性,为平动点轨道转移研究提供了新的思路.

关键词：圆形限制性三体问题平动点轨道轨道转移庞加莱截面

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基于多光谱数字图像相关的全场厚向应变测量

光学学报 2024年第11期44卷 66-73页

作者：赵华涛唐新桥陈振宁南京航空航天大学航空学院江苏南京210016

使用多光谱数字图像相关装置测量透明超弹性体的全场厚向应变。通过在透明试样前后表面预制2种荧光散斑,结合辅助棱镜与单个彩色相机的组合装置,在试样单侧实现了4个虚拟相机对厚度变化的同步观测。为了准确计算厚度变化,首先利用基于... 详细信息

使用多光谱数字图像相关装置测量透明超弹性体的全场厚向应变。通过在透明试样前后表面预制2种荧光散斑,结合辅助棱镜与单个彩色相机的组合装置,在试样单侧实现了4个虚拟相机对厚度变化的同步观测。为了准确计算厚度变化,首先利用基于斯涅尔定律的折射畸变校正与4个虚拟相机的位置关系,重构并统一试样前后表面的形貌坐标;然后,利用逆距离加权插值方法,将任意受力状态下局部坐标系中的前后表面三维离散数据进行插值,生成均匀且对称分布的插值点,建立前后表面点的一一对应关系;最后,逐点计算厚向应变,确定全场厚度变化的分布。所提方法成功用于上转换荧光响应二硫交联聚氨酯(DSPU)弹性体的大变形拉伸实验。

关键词：测量超弹性体透明材料全场厚向应变荧光散斑折射校正多光谱数字图像相关

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极小昆虫翅膀拍动模式的气动特性实验研究

力学学报 2024年第7期56卷 2137-2149页

作者：何皓翔付嘉钧白宏磊中山大学深圳校区航空航天学院广东深圳518107

不同于较大的昆虫(如熊蜂、果蝇和鹰蛾等,飞行雷诺数Re>100),极小昆虫(如丽蚜小蜂、西花蓟马和瘿蚊等,Re<100)的翅膀采用更复杂的三自由度拍动形式,对应特殊的非定常高升力机制——“划桨”机制;同时,微小型飞行器(MAV)的飞行雷诺数较高... 详细信息

不同于较大的昆虫(如熊蜂、果蝇和鹰蛾等,飞行雷诺数Re>100),极小昆虫(如丽蚜小蜂、西花蓟马和瘿蚊等,Re<100)的翅膀采用更复杂的三自由度拍动形式,对应特殊的非定常高升力机制——“划桨”机制;同时,微小型飞行器(MAV)的飞行雷诺数较高(Re=10~3~10~5),其任务环境复杂多变,当MAV面对超载荷或高机动任务时,利用极小昆虫翅膀拍动模式飞行或许可以作为一种新的解决方案.为了深入理解MAV雷诺数下极小昆虫翅膀拍动模式的气动特性,基于三自由度拍动翅膀模型实验(包括直接测力和染色液流动显示,Re=3.9×10^(3)~1.0×10^(4))对3种典型极小昆虫(丽蚜小蜂、西花蓟马和瘿蚊)悬停飞行状态下翅膀拍动模式的气动力特性进行研究.发现在上挥(upstroke)阶段初期,即“划桨(rowing)”阶段,翅膀受到的铅垂升力急剧增大;在所考虑的雷诺数范围内,翅膀在整个上挥阶段的平均铅垂升力系数(大于3.1,丽蚜小蜂)明显大于较大昆虫翅膀拍动模式下获得的铅垂升力系数(1.5~2.0).同时,观察到在“划桨”阶段初期,翅膀的前缘和后缘产生一对旋转方向相反的旋涡;进入“划桨”阶段中末期,后缘旋涡脱落,但是前缘旋涡始终附着.这表明在MAV雷诺数下,翅膀上挥过程中的高升力产生机制为“延迟失速机制”,而不是极低雷诺数下的“划桨机制”.此外,发现在翅膀上挥下拍冲程交替即“打开(fling)”阶段,其高升力机制仍然是“打开机制”;然而,也注意到雷诺数效应和双翅效应对“打开”阶段的气动力影响很大.

关键词：极小昆虫高升力机制微小型飞行器

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基于学习观测器的航天器指定时间跟踪控制

控制与决策 2024年第2期39卷 519-526页

作者：曹腾龚华军薛艺璇肖慧雨诺南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对一类含有外部扰动和执行器故障的刚体航天器姿态控制系统,提出一种基于自适应学习观测器的指定时间容错控制器的设计方案.首先,系统性地给出一种改进型自适应学习观测器设计方案,基于自适应学习观测器框架,设计航天器姿态系统的学... 详细信息

针对一类含有外部扰动和执行器故障的刚体航天器姿态控制系统,提出一种基于自适应学习观测器的指定时间容错控制器的设计方案.首先,系统性地给出一种改进型自适应学习观测器设计方案,基于自适应学习观测器框架,设计航天器姿态系统的学习观测器实现对系统的综合扰动值估计;然后,利用综合扰动的估计信息和滑模控制理论设计指定时间容错跟踪控制器,使得系统的姿态角能够在指定时间跟踪指令信号,系统的收敛时间可通过容错控制器的参数预先设置,且与系统的初始状态值无关;接着,基于Lyapunov稳定性理论验证含有故障的姿态控制系统能够在指定时间内稳定;最后,通过数值仿真,与已有的观测器和有限时间控制方案进行对比,表明所提出方案的有效性和可行性.

关键词：航天器姿态控制自适应学习观测器容错控制指定时间控制