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两级入轨航天器级间分离姿态精确控制

航空学报 2024年第13期45卷 266-280页

作者：姜权峰陈树生杨华李祚泰高正红西北工业大学航空学院西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072

两级入轨航天器(TSTO)级间分离过程中对轨道级、助推级的姿态精确控制尤为重要。数值模拟可以较为准确地预测级间分离这种飞行器多体分离问题,运用非结构嵌套网格技术及双时间步法耦合流动控制方程、刚体运动方程求解TSTO在攻角-2°、... 详细信息

两级入轨航天器(TSTO)级间分离过程中对轨道级、助推级的姿态精确控制尤为重要。数值模拟可以较为准确地预测级间分离这种飞行器多体分离问题,运用非结构嵌套网格技术及双时间步法耦合流动控制方程、刚体运动方程求解TSTO在攻角-2°、马赫数6、海拔高度30 km的级间分离过程,发展了一种优化轨道级、助推级在级间分离过程的运动姿态的技术。该技术通过松弛迭代法提取轨道级、助推级的无舵偏气动力数据,基于无舵偏气动力数据设计气动舵面、燃气舵所需要提供的俯仰力矩,使得轨道级、助推级的运动姿态更加接近设计目标。数值模拟结果表明,TSTO在分离过程中两级之间会存在强烈的气动干扰,严重影响两级的姿态控制,发展的技术可为TSTO分离过程中轨道级、助推级的舵面运动、燃气舵工作状态设计提供参考,提高TSTO级间分离的效率、安全性。

关键词：两级入轨多体分离高超声速嵌套网格松弛因子法

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飞机刹车诱导颤振稳定性分析与减振设计

振动工程学报 2024年第5期37卷 770-779页

作者：蒋伟张明尹乔之朱鑫胡晓航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江苏南京210016 南京航空航天大学航空学院江苏南京210016

以飞机刹车装置为研究对象,对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响,建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型,且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际... 详细信息

以飞机刹车装置为研究对象,对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响,建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型,且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际工程应用价值出发,以机轮速度、液压系统等效阻尼、刹车盘面阻尼、盘面摩擦特性几类关键因素为控制变量,利用数值仿真与分岔理论等非线性分析手段研究了上述参数对系统稳定性的影响,并确定了使系统保持稳定的结构参数范围,方便对结构进行参数化快速分析设计。基于模型分析的结果,揭示了刹车振动产生的部分原因,从结构参数和刹车控制律两方面针对性的提出了对应的减振优化措施,进而形成了完整的飞机刹车诱导颤振的分析方法,为飞机制动器设计初期提供了理论参考依据。

关键词：刹车诱导振动非线性模型分岔理论稳定性分析减振措施

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微型涡流发生器改善S弯喷管流场的实验研究

推进技术 2024年

作者：刘诗敏梁华李金平张富垚马张煜空军工程大学航空工程学院航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室南京航空航天大学航空学院

S弯喷管虽然能够提升飞行器隐身性能，但弯曲的几何结构会造成额外的总压损失和低能流体脉动增强的问题，导致飞行器性能降低，因此需要采用流动控制手段改善内部流场。本文将阵列式微型涡流发生器安装在S弯喷管上壁面中心线局部速度最... 详细信息

S弯喷管虽然能够提升飞行器隐身性能，但弯曲的几何结构会造成额外的总压损失和低能流体脉动增强的问题，导致飞行器性能降低，因此需要采用流动控制手段改善内部流场。本文将阵列式微型涡流发生器安装在S弯喷管上壁面中心线局部速度最大点前侧，研究其在冷态流场中对喷管出口总压损失的控制效果和对上壁面下游流场低频脉动的抑制效果。结果表明：(1)在试验参数下，对于相同高度的微型涡流发生器，安装位置距离局部速度最大点较远时，喷管出口截面总压损失系数更低。(2)落压比为1.2时，安装高度为2.2%喷管入口直径的微型涡流发生器，能够使喷管出口平均总压损失系数相对基准降低8.57%。(3)微型涡流发生器能降低喷管上壁面下游流场的低频脉动，使脉动幅值降低22.8%，提升低能流稳定性。

关键词： S弯喷管微型涡流发生器总压损失流动控制变分模态分解

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基于临界距离理论的修复叶片疲劳极限评估

航空动力学报 2024年

作者：柯镇汭尚一博李斌赵振华周留成王晨易敏南京航空航天大学航空学院航空航天结构力学及控制全国重点实验室空军工程大学基础部空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室南京航空航天大学动力与能源学院空军工程大学航空工程学院

外物损伤是影响航空发动机风扇和压气机叶片服役安全的重要因素。对于尺寸较小的外物损伤缺口，通常采用机加或手工打磨方式进行维修。为了准确评估机加和打磨修复的缺口叶片疲劳性能，本文首先测试了机加和打磨修复叶片的高周疲劳极限... 详细信息

外物损伤是影响航空发动机风扇和压气机叶片服役安全的重要因素。对于尺寸较小的外物损伤缺口，通常采用机加或手工打磨方式进行维修。为了准确评估机加和打磨修复的缺口叶片疲劳性能，本文首先测试了机加和打磨修复叶片的高周疲劳极限，然后基于临界距离理论建立了疲劳极限评估模型，分析了不同应力选取方法对模型精度的影响，并与经典Peterson模型进行了对比。结果表明，基于临界距离理论建立的模型可以准确预测机加和手工打磨等修复工艺的缺口叶片疲劳极限；在临界距离模型中，使用主应力绝对值的最大值进行预测与使用沿叶片长度方向正应力进行预测差别很小；其模型精度（平均误差小于11%）远高于Peterson经典模型（平均误差26.03%）。

关键词：钛合金叶片修复处理高周疲劳极限临界距离理论 Peterson模型

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舰艉流场主动控制对直升机配平操纵的影响

航空动力学报 2024年第9期39卷 162-170页

作者：叶毅陈仁良南京航空航天大学航空学院直升机动力学全国重点实验室南京210016

为研究舰艉流场对直升机配平操纵的影响,采用了数值模拟和直升机飞行动力学模型相结合的方法,通过computational fluid dynamics(CFD)数值模拟得到舰艉流场,并探究加入流场主动控制下的舰艉流场特征,同时考虑舰艉流场对直升机的影响,建... 详细信息

为研究舰艉流场对直升机配平操纵的影响,采用了数值模拟和直升机飞行动力学模型相结合的方法,通过computational fluid dynamics(CFD)数值模拟得到舰艉流场,并探究加入流场主动控制下的舰艉流场特征,同时考虑舰艉流场对直升机的影响,建立耦合的直升机舰面起降飞行动力学模型。计算得到直升机在有无艉流下相对悬停配平结果,并进一步对比分析有无流场主动控制对直升机配平操纵的影响。结果表明:舰艉流场对直升机起降影响显著,且相比较于无控制时舰艉流场对直升机操纵的干扰,增设吹气装置可有效抑制舰艉流场下洗,减小所需总距操纵杆量7.8%,脚蹬操纵量7.5%,改善其他相应操纵,减轻驾驶员操纵负荷。

关键词：舰艉流场流场主动控制耦合飞行动力学直升机配平操纵安全起降

共轴双旋翼/尾推桨/传动耦合系统动力学建模与固有特性分析

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航空学报 2024年第9期45卷 141-154页

作者：李博王潇南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室南京210016

高速直升机采用了前行桨叶、降旋翼转速、尾推等技术来实现高速飞行,其中共轴刚性双旋翼、变转速传动系统、高功率输出尾推桨所构成的耦合系统给传统直升机扭振分析带来了新的挑战。针对高速直升机多模式复杂耦合扭振系统,提出了一种基... 详细信息

高速直升机采用了前行桨叶、降旋翼转速、尾推等技术来实现高速飞行,其中共轴刚性双旋翼、变转速传动系统、高功率输出尾推桨所构成的耦合系统给传统直升机扭振分析带来了新的挑战。针对高速直升机多模式复杂耦合扭振系统,提出了一种基于传递矩阵法的新建模策略。相比较于传统有限元方法建模策略,该方法无需对传动链进行当量化处理,也不需要基于哈密顿原理推导系统的整体控制方程,根据系统的拓扑结构即可直接写出系统的控制方程。此外,通过引入分叉虚铰链单元,将任意拓扑结构的传动链都解耦成多条相互独立的链式传动链,从而进一步显著降低了建模难度。最后基于该方法研究了高速直升机不同工作模式下的耦合扭振动力学。

关键词：高速直升机扭振传递矩阵法传动链动力学模型

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仿生小片对翼型气动性能的影响分析

航空动力学报 2024年

作者：郝礼书张智昊杨博鉴许乐阳高永卫西北工业大学航空学院飞行器基础布局全国重点实验室

针对自然界鸟类着陆时翅膀上表面羽毛轻微抬起的现象，论文以海鸥翼翅翼型为基础，在翼型上表面布置了一系列不同形状构型的小片，采用计算流体力学（CFD）的方法研究了仿生小片构型参数对翼型气动性能的影响。重点讨论了小片形状、小... 详细信息

针对自然界鸟类着陆时翅膀上表面羽毛轻微抬起的现象，论文以海鸥翼翅翼型为基础，在翼型上表面布置了一系列不同形状构型的小片，采用计算流体力学（CFD）的方法研究了仿生小片构型参数对翼型气动性能的影响。重点讨论了小片形状、小片间隙高度、小片角度及层叠状小片等参数对翼型气动力的影响，并通过流线、压力分布曲线、涡场等信息分析了仿生小片抑制流动分离的效果。研究结果表明：仿生小片在有限迎角范围内能改善翼型的失速特性，实现升力的增加和压差阻力的减小；小片角度及形状是影响翼型气动特性改善的关键因素，小片间隙高度及层叠状构型对分离流动的控制力则更弱一些；在所有十一种小片构型中海鸥小片构型改善翼型失速特性的能力最强，其最大升力系数可以提高15.4%，改善翼型失速特性的有效迎角范围可达8°以上。上述研究结果也证实了鸟类着陆飞行时羽毛轻微抬起的气动原因，得到了改善翼型失速特性的关键参数，可以为后续仿生翼型的工程应用提供数据及理论支撑。

关键词：仿生小片仿生翼型失速特性气动性能计算流体力学

纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤分析

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 134-143页

作者：方自力王道坤毛春见杨志贤张超中国飞行试验研究院西安710089 江苏大学机械工程学院镇江212013 南京航空航天大学航空学院南京210016

纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(... 详细信息

纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(Smooth particle hydrodynamics, SPH)法对鸟体类流体力学行为进行建模;采用Johnson-Cook模型模拟金属层冲击力学响应;采用三维Hashin准则,考虑应变率效应,模拟复合材料层板面内损伤演化;采用界面单元模拟层间分层现象。编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。探讨鸟体速度、蜂窝高度和面板厚度对纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体冲击性能的影响,分析预应力条件下纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤特性,为夹芯结构鸟体冲击问题数值分析提供一定的参考。

关键词：纤维金属板夹芯结构鸟体冲击损伤分层有限元建模

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基于改进灰狼优化算法的舰载机着舰调度

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 803-813页

作者：刘玉杰韩维苏析超郭放海军航空大学航空基础学院烟台264001 海军招收飞行学员工作办公室北京100071 海军航空大学航空作战勤务学院烟台264001

针对第一类着舰模式下的舰载机着舰调度问题进行了研究,建立着舰调度模型,以最小化加权着舰延误时间和、着舰完成时间为优化目标,考虑舰载机战损程度、剩余燃油量的影响。为减轻人工调度的负担,提出一种改进灰狼优化(IGWO)算法对调度模... 详细信息

针对第一类着舰模式下的舰载机着舰调度问题进行了研究,建立着舰调度模型,以最小化加权着舰延误时间和、着舰完成时间为优化目标,考虑舰载机战损程度、剩余燃油量的影响。为减轻人工调度的负担,提出一种改进灰狼优化(IGWO)算法对调度模型进行优化求解,在灰狼优化(GWO)算法的基础上,改进算法选择历史最优解灰狼个体为α狼,引入混沌算子,设置算法参数更新控制变量,以应对GWO算法后期收敛速度慢、可能陷入局部最优解的缺点。通过不同规模着舰调度案例仿真和算法对比,验证了IGWO算法的有效性,所提算法在30、60、90机规模着舰调度案例中的优化效果均优于对比算法,证明其具备一定工程应用价值。

关键词：舰载机着舰调度灰狼优化算法参数控制混沌算子