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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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典型及衍生激波针构型的减阻降热流动特性

航空动力学报 2024年第4期39卷 52-64页

作者：何坤袁化成南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝... 详细信息

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝头体。模拟结果显示:激波针头部扰流物相对直径较大时,减阻率随激波针相对长度的变化曲线没有明显的峰值点,而是存在一个变动幅度很小的峰值段,且相对直径在0.3~0.4左右时减阻效果最佳;典型激波针的最大减阻率约为50%,采用双扰流物构型时略有提升;中部增加多个扰流物时减阻率随扰流物数量增多而增大,最大减阻率超过60%,但气动加热问题较严重。相比而言,钝锥型激波针减阻降温的综合性能最好,最大减阻率可达60%左右,降温率约为7%。

关键词：激波针衍生构型超声速减阻降热流动特性

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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

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基于加权D-S证据理论的旋翼故障诊断

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第1期41卷 66-75页

作者：高亚东张传壮南京航空航天大学航空学院南京210016

旋翼作为直升机的升力面和操作面,其健康状态对直升机的安全至关重要。旋翼故障诊断技术仍是直升机健康与使用监测系统(Health and usage monitoring system, HUMS)领域的薄弱环节,开发旋翼故障诊断技术具有重要价值。基于信息融合技术... 详细信息

旋翼作为直升机的升力面和操作面,其健康状态对直升机的安全至关重要。旋翼故障诊断技术仍是直升机健康与使用监测系统(Health and usage monitoring system, HUMS)领域的薄弱环节,开发旋翼故障诊断技术具有重要价值。基于信息融合技术,首先分析了旋翼故障的诊断机理,建立了旋翼故障模型,通过流固耦合仿真获取了不同故障下桨叶、轮毂和机身的故障特征信息,生成数据集进行网络训练和验证。然后,利用遗传算法反向传播(Genetic algorithm-backpropagation, GA-BP)优化神经网络诊断3种类型的直升机旋翼故障,即后缘调整片误调、变距拉杆误调和桨叶质量不平衡。3个逐级神经网络分别对旋翼故障类型、故障位置和故障程度进行了诊断识别。最后采用加权的Dempster-Shafer(D-S)证据理论对旋翼故障进行诊断和分析。结果证明基于改进D-S证据理论的旋翼故障诊断方法能够成功应用到旋翼故障诊断中,并具有良好的识别效果。

关键词：旋翼系统故障诊断 GA-BP神经网络信息融合技术 D-S证据理论

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结构间隙对起落架地面滑跑摆振特性影响分析

振动与冲击 2024年第2期43卷 234-243页

作者：阮爽张明聂宏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 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明... 详细信息

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明,减摆状态下,起落架摆振频率会略微增大,结构库伦摩擦能够减弱结构间隙引发的持续摆振影响。对于操纵状态,通过快速傅里叶变换进行频域特性分析,发现支柱侧弯以及扭转之间耦合严重,两者的刚度直接决定起落架的摆振频率;存在结构间隙后,起落架整体的频率会变小,最终系统均会逐步趋于稳定的极限环震荡状态。

关键词：起落架摆振结构间隙非线性动力学分岔分析频域分析

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基于数据驱动的无人机集群故障检测与诊断

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1586-1592页

作者：李润泽姜斌余自权陆宁云南京航空航天大学自动化学院南京211100

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模... 详细信息

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模式下的行为特征,采用改进的BLS模型实现准确、快速的故障诊断。在此基础上,开发无人机集群系统的高逼真可视化仿真验证平台对所提方法的合理性与有效性进行验证。实验结果表明,所提方法与目前主流方法相比具有明显的诊断优势。

关键词：无人机集群故障诊断统计模型宽度学习仿真验证

空基回收拖曳系统直线-盘旋转接段运动轨迹设计

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2565-2574页

作者：陈海通苏子康李春涛李雪兵孟冲张朋南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对气流扰动下空基回收拖曳系统在直线-盘旋转接段飞行过程中的拖曳浮标稳定问题,提出一种基于微分平坦理论的拖曳系统转接段运动轨迹的设计方法,通过设计母机运动轨迹间接地控制拖曳浮标沿着预设的转接轨迹安全、平稳、精准地转接飞... 详细信息

针对气流扰动下空基回收拖曳系统在直线-盘旋转接段飞行过程中的拖曳浮标稳定问题,提出一种基于微分平坦理论的拖曳系统转接段运动轨迹的设计方法,通过设计母机运动轨迹间接地控制拖曳浮标沿着预设的转接轨迹安全、平稳、精准地转接飞行。采用质点-弹簧离散缆绳模型构建母机-缆绳-浮标组合体多体动力学模型;在证明拖曳系统具备微分平坦特性的基础上,以拖曳浮标三轴位置为平坦输出,所提方法以期浮标沿着预设安全转接段轨迹飞行;结合拖曳浮标直线飞行状态与盘旋飞行状态设计拖曳浮标转接段飞行轨迹。通过平静大气、多种常值风及阵风气流扰动场景下的仿真算例结果表明,所提方法能够实现拖曳浮标在直线-盘旋转接段的稳定飞行。

关键词：空基回收无人机运动轨迹设计微分平坦过渡飞行

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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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基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

表面技术 2024年第7期53卷 171-179页

作者：吴金波孙奇江晓禹西南交通大学力学与航空航天学院成都610031

目的在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果得到了不... 详细信息

目的在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子(SIF)和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子(ESIF)有增强作用,两侧有减弱作用。结论较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。

关键词：涂层裂纹分布位错应力强度因子界面应力扩展方向