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变弯度柔性后缘机翼动响应减缓试验

北京航空航天大学学报 2024年第10期50卷 3239-3249页

作者：张育鸣戴玉婷尉濡恺胡雅婷杨超北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

变体飞行器能显著提升飞行器的气动性能,而变弯度柔性后缘是实现变体飞行器的重要方式之一。为探究柔性后缘动态偏转下机翼动响应特性及减缓效率,设计了一个变弯度柔性后缘机翼模型并开展了风洞试验。该机翼模型由承弯翼梁和6个3D打印... 详细信息

变体飞行器能显著提升飞行器的气动性能,而变弯度柔性后缘是实现变体飞行器的重要方式之一。为探究柔性后缘动态偏转下机翼动响应特性及减缓效率,设计了一个变弯度柔性后缘机翼模型并开展了风洞试验。该机翼模型由承弯翼梁和6个3D打印的翼段组成。其中,2个翼段后缘分别设计2个变弯度柔性后缘舵面,这2个舵面分别用于动响应激励和动响应减缓控制。变弯度柔性后缘舵面由数字舵机、柔性索、波纹板结构和聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性蒙皮组成。对变弯度柔性后缘进行地面静态偏转试验和地面动态偏转试验测试,以研究后缘弯度变形规律及舵机动态时滞特性。在此基础上,在低速风洞试验中研究变弯度柔性后缘机翼动响应规律和基于变弯度柔性和闭环反馈控制的动响应减缓效率。风洞试验结果表明:机翼的翼尖加速度响应及翼根弯矩在频率为1.5~4 Hz时先增大后减小,并在接近机翼一弯频率时达到峰值。采用PID控制律和变弯度后缘进行闭环反馈控制后,在风速20 m/s、扰动频率2.2 Hz时翼尖加速度最大减缓效率达到70.18%,翼根弯矩的最大减缓效率为68.14%。此外,还提出了动响应减缓效率为正值的理论公式并分析了动响应减缓效率的影响机制和因素。

关键词：柔性后缘变弯度动响应减缓效率风洞试验

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拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 250-259页

作者：王仕淞殷健宝邢玉明侯煦王子贤北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的... 详细信息

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

关键词：相变材料山梨糖醇拓扑优化热控性能无量纲数

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附着水滴光学窗口偏振成像特性研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1125-1131页

作者：杨佳辰王新新朱克勇黄勇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

偏振成像技术作为一种前沿的成像技术,在近些年来发展迅速。相比于传统的成像技术,偏振成像技术在提供二维空间光强分布的基础上,增加了偏振维度的信息,提高了成像的准确度。本文对附着水滴光学窗口模型开展偏振成像特性的研究,用蒙特... 详细信息

偏振成像技术作为一种前沿的成像技术,在近些年来发展迅速。相比于传统的成像技术,偏振成像技术在提供二维空间光强分布的基础上,增加了偏振维度的信息,提高了成像的准确度。本文对附着水滴光学窗口模型开展偏振成像特性的研究,用蒙特卡洛光线追踪法完成了数值模拟,用Stokes矢量记录偏振维的信息,分析了光源类型、水滴直径和水滴接触角对成像效果的影响规律,对提高成像质量具有重要意义。

关键词：偏振成像附着水滴光学窗口蒙特卡洛光线追踪法

基于高度角随机模型的GNSS外辐射源雷达定位算法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1373-1381页

作者：杨东凯谭传瑞王峰李唐北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对... 详细信息

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对不同GNSS卫星的直射、反射路径的伪距差测量值误差进行了合理分配,定位性能达到了克拉美罗界,且不会因为选星方案的改变而大幅恶化。对地面站位置误差和卫星位置误差的分析表明:地面站位置的标准差小于10 cm、卫星位置的标准差小于1 km时对定位总误差的贡献可以忽略不计。

关键词：高度角随机模型 GNSS 定位克拉美罗界

基于绿色能源的分布式混合电推进系统性能分析

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推进技术 2024年第3期45卷 101-110页

作者：陶智余明星李海旺谢刚李雅男北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学飞行学院北京102206

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研... 详细信息

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研究构建了一个包含多种能源形式的混合电推进系统架构,并基于能量流建立了功率传递模型,推导出综合考虑部件特征参数、能量分配参数、飞行气动参数的电推进系统航程方程和载荷方程。研究结果显示,在航程方面,锂电池的能量分配系数和能量密度对飞机航程有显著影响,特别是在能量密度阈值之上,增加锂电池的能量分配系数对提升航程有正收益。此外,SOFC的能量分配系数和效率的增加也提高了飞机航程,特别是在其高值区域。在载荷方面,上述锂电池和SOFC参数对飞机零燃料质量(MZF)和有效载荷具有重要影响,尤其在高能量密度、高效率和高能量分配系数的情况下飞机的载荷性能改善最佳。参数敏感性分析揭示了升阻比、边界层吸入(BLI)风扇效率、锂电池荷电状态(αsoc)和氢燃料剩余状态(αsoh)对航程的显著影响,其中在以往研究中较少出现的αsoc和αsoh的敏感性分析不容忽视,对其进行更为精确和可靠的状态估计有助于优化航程和载荷的性能表现。

关键词：绿色能源混合电推进分布式电推进边界层吸入风扇能量分配

主动学习基自适应PC-Kriging模型的复合材料结构可靠度算法

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航空学报 2024年第8期45卷 176-186页

作者：龚煜廉张建国吴志刚褚光远范晓铎黄赢北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对复合材料机翼随机固有频率可靠性分析复杂、高维、高度非线性和计算时间长的问题,本文提出了一种主动学习基自适应PC-Kriging模型的可靠度算法。在基自适应PC-Kriging模型中,采用一种基自适应策略来确定多项式混沌展开部分的正交多... 详细信息

针对复合材料机翼随机固有频率可靠性分析复杂、高维、高度非线性和计算时间长的问题,本文提出了一种主动学习基自适应PC-Kriging模型的可靠度算法。在基自适应PC-Kriging模型中,采用一种基自适应策略来确定多项式混沌展开部分的正交多项式基,以近似数值模型的全局响应,Kriging用于高阶非线性插值以近似数值模型的局部响应。在主动学习可靠度计算框架中,引入加权K均值聚类,在一次迭代中添加K个对失效概率贡献较大的候选样本点以减少迭代次数和加快收敛速度。通过一个高度非线性的数值算例分析,证明了所提方法的有效性和准确性。将该方法应用于复合材料板和复合材料机翼的随机固有频率可靠性分析,获得了准确高效的可靠度计算结果。

关键词：可靠性分析基自适应PC-Kriging 主动学习加权K均值聚类复合材料机翼随机固有频率

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空地无人集群自调节控制与动态路径规划方法

航空学报 2024年第16期45卷 207-226页

作者：赵江张璇池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191

针对异构感知条件下空地无人集群协同避障与导航问题,提出了集群队形自调节控制与动态路径规划方法。首先,建立了无人机(UAV)与地面机器人的运动、感知与通信模型,设计了空地无人集群协调运动控制架构,满足异构集群协同避障与导航的控... 详细信息

针对异构感知条件下空地无人集群协同避障与导航问题,提出了集群队形自调节控制与动态路径规划方法。首先,建立了无人机(UAV)与地面机器人的运动、感知与通信模型,设计了空地无人集群协调运动控制架构,满足异构集群协同避障与导航的控制目标。其次,提出了机器人集群队形边界动态生成方法,分别设计了形状控制、个体避碰、编队控制与导航控制分量,实现了基于动态边界的集群队形自调节控制。结合机器人动态队形边界特性,提出了基于动态窗口优化的无人机路径规划方法,通过设计优化目标函数在集群协同运动的基础上实现了安全导航避撞。最后,设计了队形边界缩放、变形和旋转下的队形调节场景与狭窄廊道协同避障与导航任务想定,通过仿真算例验证了空地无人集群队形自调节控制与动态路径规划方法的有效性,并给出了所述方法能力边界的分析。

关键词：空地无人集群无人机地面机器人协同避障与导航队形自调节控制动态路径规划

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连续变弯度后缘飞机的滚转机动载荷减缓

北京航空航天大学学报 2024年第10期50卷 3172-3182页

作者：雷朝辉杨超宋晨金天燚吴志刚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191 上海机电工程研究所上海201109

变弯度后缘机翼具有变形连续、阻力较小、气动噪声较低等优势,越来越多地应用于新概念飞行器的设计之中。基于此,提出一种基于变弯度后缘的飞行器刚弹耦合动力学建模方法,并针对变弯度后缘飞机缩比模型开展了滚转机动仿真分析与风洞试... 详细信息

变弯度后缘机翼具有变形连续、阻力较小、气动噪声较低等优势,越来越多地应用于新概念飞行器的设计之中。基于此,提出一种基于变弯度后缘的飞行器刚弹耦合动力学建模方法,并针对变弯度后缘飞机缩比模型开展了滚转机动仿真分析与风洞试验。结果表明:变弯度后缘可以操纵飞机在2 s内进行180°滚转机动。相较于外侧后缘单独变形,通过内外后缘协同变形可以降低30%以上的滚转机动附加载荷。另外,对比表明滚转角仿真结果与风洞试验数据误差小于6%,验证了所提方法的准确性。

关键词：变弯度后缘刚弹耦合滚转机动载荷减缓仿真分析风洞试验

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多步法冰晶积冰数值模拟

航空学报 2024年第14期45卷 144-157页

作者：卜雪琴黄平林贵平楼燕霞北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学杭州国际创新研究院杭州311115

近年来,冰晶结冰问题逐渐成为飞机/发动机防除冰领域研究的热点。为了实现对冰晶积冰过程的准确预测,建立了冰晶结冰计算模型,包括考虑了不规则形状的冰晶运动轨迹模型、冰晶结冰质量动量守恒模型、黏附模型、侵蚀模型。采用时间多步法... 详细信息

近年来,冰晶结冰问题逐渐成为飞机/发动机防除冰领域研究的热点。为了实现对冰晶积冰过程的准确预测,建立了冰晶结冰计算模型,包括考虑了不规则形状的冰晶运动轨迹模型、冰晶结冰质量动量守恒模型、黏附模型、侵蚀模型。采用时间多步法模拟积冰过程,在每个时间步长内更新空气流场、冰晶粒子运动轨迹、结冰热力学计算结果,并利用动网格技术更新冰形的几何边界。研究结果表明,利用时间多步法进行计算,能够实现稳定冰形的模拟。稳定冰形形成的原因在于:一方面,积冰减少了表面冰晶的黏附量;另一方面,积冰增大了对已形成积冰的侵蚀量,最终使黏附积冰过程与侵蚀过程达到动态平衡。本文模型和计算方法适用于低融化率情况,能够对三维结构冰晶结冰数值模拟提供指导,但对于高融化率情况还需要进一步考虑积冰向下游流走的情况。

关键词：冰晶结冰黏附侵蚀多步法动网格