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纤维增强聚合物复合材料无损检测方法进展

航空学报 2024年第5期45卷 90-116页

作者：黄领才西北工业大学航空学院西安710072

近年来,纤维增强聚合物(FRP)复合材料凭借其卓越的力学性能和显著的重量优势,应用范围日益广泛。然而由于其复杂的损伤模式,需使用先进的损伤表征方法防止潜在的灾难性后果。目前,各种无损检测与评价(NDT&E)技术已被广泛应用于FRP复合... 详细信息

近年来,纤维增强聚合物(FRP)复合材料凭借其卓越的力学性能和显著的重量优势,应用范围日益广泛。然而由于其复杂的损伤模式,需使用先进的损伤表征方法防止潜在的灾难性后果。目前,各种无损检测与评价(NDT&E)技术已被广泛应用于FRP复合材料的损伤检测,这些技术经过不断的发展和改进已能提供可靠的结构检测,尤其是在航空航天领域。本文首先对FRP复合材料损伤诊断领域无损检测技术的最新进展进行全面概述,分别对声发射测试、超声波测试、红外成像测试、激光错位散斑干涉测试、数字图像相关测试、涡流检测、太赫兹成像检测、微波检测、电学层析成像检测和X射线10种无损检测技术进行深入分析和评价,并探讨每种技术的优点和局限性。随后根据特定的准则,采用层次分析法对无损检测技术进行分析。然而由于单一无损检测技术难以实现缺陷识别、定位、分类和评估等功能的统一,因此最后提出了一种组合无损检测的技术方案,以期在实际工程应用中取得更好的效果。

关键词：纤维增强聚合物复合材料损伤检测无损探测层次分析法(AHP) 组合无损探测技术

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考虑气动-结构的高空螺旋桨多学科优化方法

航空动力学报 2024年第4期39卷 75-83页

作者：口启慧王海峰江泓鑫聂波西北工业大学航空学院西安710072

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋... 详细信息

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋势。为避免优化周期太长,提出以下阶段性优化方法。阶段1:根据上述Pareto解集拟合趋势和平台约束,确定最优桨径;阶段2:进行基于最优桨径的气动优化获得气动外形,结构优化获得结构方案。使用该方法对高空太阳能无人机螺旋桨优化,两个阶段耗时分别为96 h和4 h。对获得螺旋桨制造,仿真和试验,对比结果表明:推力最大误差为10.9%,质量误差为6.9%,刚度误差为15.2%,固有频率误差为15.4%,试验结果也表明该方法的合理有效性。

关键词：高空螺旋桨多学科优化 Pareto解集气动优化结构优化复合材料螺旋桨试验验证

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倾转动力无人机三维过渡走廊

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 886-895页

作者：夏济宇周洲王正平王睿西北工业大学航空学院西安710072

为解决传统过渡走廊中忽略系统动态特征、缺少迎角信息、难以直接用于过渡路径规划的问题,提出一种适用于倾转动力类无人机的三维过渡走廊建立方法。所提方法从物理约束角度限制飞行速度与倾转角度边界,从飞行力学角度限制全机升力特性... 详细信息

为解决传统过渡走廊中忽略系统动态特征、缺少迎角信息、难以直接用于过渡路径规划的问题,提出一种适用于倾转动力类无人机的三维过渡走廊建立方法。所提方法从物理约束角度限制飞行速度与倾转角度边界,从飞行力学角度限制全机升力特性边界,从能源配置角度限制动力系统功率边界,从而建立关于飞行速度、倾转角度与迎角的三维过渡走廊,并且设计综合性能指标函数用于描述走廊内各飞行路径点的性能。基于所建三维过渡走廊采用鸽群优化算法完成最优过渡路径的搜索工作。结果表明:所建三维过渡走廊能够更加具体地描述可用飞行范围,其不仅包括传统过渡走廊的飞行速度与倾转角度,同时还包含迎角与性能指标信息,这为过渡路径规划提供基础;鸽群优化算法具有良好的过渡路径优化能力,通过优化使无人机拥有良好的飞行效果,动力系统油门杆量变化平稳、幅值较小,证明使用三维过渡走廊指导过渡飞行与规划过渡路径的可行性。

关键词：倾转动力无人机气动力模型飞行包线三维过渡走廊鸽群优化算法过渡路径

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基于表面无粘流动特征的摩阻分布机器学习

力学学报 2024年

作者：赵书乐张伟伟西北工业大学流体力学智能化国际联合研究所西北工业大学航空学院

摩擦阻力的精准高效预示对飞行器设计至关重要。然而摩阻分布的计算不仅代价大，且对网格密度、湍流模式和数值算法的依赖性强，而试验测量更具挑战性。为此，本文提出了一种数据驱动的高泛化性摩阻分布机器学习建模方法。该方法在Eule... 详细信息

摩擦阻力的精准高效预示对飞行器设计至关重要。然而摩阻分布的计算不仅代价大，且对网格密度、湍流模式和数值算法的依赖性强，而试验测量更具挑战性。为此，本文提出了一种数据驱动的高泛化性摩阻分布机器学习建模方法。该方法在Euler方程数值解的基础上，结合RANS计算的少量摩阻分布数据样本，构建了表面无粘流动特征与摩阻分布的关联关系模型，从而实现摩阻的预测。由于该建模方法嵌入Euler方程这一物理模型，使得在很少的样本下就能保证模型的高泛化性和高精度；另一方面，相比于RANS数值计算，由于只用求解Euler方程，计算量降低约一个量级。研究通过典型翼型和机翼的测试算例来展示该方法对于气动设计中变外形气动力的预测效果。相比于端到端的分布力深度学习建模，该方法在减少5倍样本量的情况下仍能取得很高的建模精度（阻力误差约2～3%），且对于工况、外形变化具有较强的外插预测能力，结果的分散度低。该研究为附着流机翼的摩阻分布预测和机翼优化设计提供了一种新的高效研究手段。

关键词：摩擦阻力边界层机器学习数据驱动关联建模

基于Kriging模型和代理抽样的分布参数不确定性灵敏度分析方法

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机械工程学报 2024年第8期60卷 370-383页

作者：程洪鑫李璐祎周长聪西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工... 详细信息

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工程实际难以接受的问题,通过建立分布参数和输出统计特征值之间的Kriging模型,解决分布参数灵敏度分析计算量随输入变量及其分布参数维度增加呈指数形式增长的问题,又引入代理抽样概率密度函数对输入变量进行高效抽样,解除求解输出统计特征值时的计算量对输入变量分布参数维度的依赖性。数值和工程算例结果表明,所提方法能够在保证计算精度的同时,大大降低分布参数灵敏度分析的计算量。

关键词：分布参数不确定灵敏度分析 Kriging代理模型代理抽样概率密度函数

考虑材料参数不确定性结构动力学稳健性拓扑优化设计

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振动工程学报 2024年第1期37卷 95-103页

作者：王诗雨王栋西北工业大学航空学院陕西西安710072

本文在考虑材料参数不确定性的条件下,对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时,显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型,将材料参数的不确定性用有界区间变量表示;建立... 详细信息

本文在考虑材料参数不确定性的条件下,对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时,显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型,将材料参数的不确定性用有界区间变量表示;建立了能够抑制频率改变的结构动力学拓扑优化模型,用单层优化策略求解稳健性优化设计问题。通过对材料参数的导数分析,获得了在材料性能不确定情形下结构第一阶固有频率的二阶泰勒展开式,并推导出了频率对拓扑变量的一阶灵敏度显性表达式。基于变密度法,开展了结构动力学稳健性拓扑优化设计,并与确定性优化结果进行对比,验证了用本文方法获得的结构第一阶固有频率稳健性更高,受材料参数不确定性扰动影响更小,展示了考虑材料参数不确定性的重要性。

关键词：材料参数不确定性稳健性动力拓扑优化结构固有频率有界区间变量

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分布式动力翼-诱导翼面推进-气动耦合模型

航空学报 2024年第10期45卷 145-159页

作者：赵清风周洲李明浩徐德西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学计算机学院西安710072

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增... 详细信息

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增强系数发展了涵道喷流速度的快速计算方法,针对有/无动力输入状态完成了基于动量理论的推进-气动耦合模型推导,进行了推进-气动耦合模型特性分析,并开展了典型飞行工况下的CFD仿真校验与分析。结果表明,所建立的分布式动力翼-诱导翼面的推进-气动耦合模型具有较高精度,计算速度很快,能够满足动力学系统分析和飞行控制系统设计时的实时计算需求。

关键词：分布式电推进飞行器推进-气动耦合分布式动力翼诱导翼面动力学建模

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多点起爆下鼓形战斗部的威力特性

爆炸与冲击 2024年第3期44卷 38-49页

作者：李豪凯冯昱祥李元索涛西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学极端力学研究院陕西西安710072

为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁... 详细信息

为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁伤面积。在此基础上,调整鼓形战斗部起爆方式为偏心两线同时起爆、偏心两线序贯起爆及偏心两线同时-序贯起爆,计算了不同偏心起爆下鼓形战斗部静爆时的破片速度、飞散角和动爆时对车辆目标的毁伤面积及有效破片落地动能分布。研究表明,相比于同口径的圆柱形战斗部结构,鼓形战斗部的破片飞散角增大了55.98%,对地面军用车辆的毁伤面积最大增大了59.3%;相对于偏心两线同时起爆,偏心两线同时-序贯起爆的鼓形战斗部破片飞散角增大了18.0%,破片飞散的离散程度提高了11.48%;相对于装药中心单点起爆,偏心两线序贯起爆下鼓形战斗部的毁伤面积受炸高影响较小,在落角50°、落速200 m/s、炸高为9 m时的毁伤面积达47.15 m^(2)。通过调整战斗部的结构和起爆方式,可有效增大破片的飞散角,增大破片对目标的覆盖面积,提高战斗部的毁伤效能。

关键词：破片多点起爆毁伤面积鼓形战斗部威力特性

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疏水材料微尺度凹坑流滑移速度特性研究

空气动力学学报 2024年第6期42卷 108-116,I0002页

作者：张昭朋叶正寅叶坤西北工业大学航空学院西安710072

凹坑构型是疏水材料中常见且重要的结构形式,认识和揭示此类凹坑结构的滑移速度特性对于疏水材料的设计具有指导意义。本文采用离散统一气体动理论,在Kn=0.01~0.5范围内,对低速二维凹坑流动进行数值模拟,模拟结果表明,在不同Kn值下,滑... 详细信息

凹坑构型是疏水材料中常见且重要的结构形式,认识和揭示此类凹坑结构的滑移速度特性对于疏水材料的设计具有指导意义。本文采用离散统一气体动理论,在Kn=0.01~0.5范围内,对低速二维凹坑流动进行数值模拟,模拟结果表明,在不同Kn值下,滑移速度规律呈现显著差异:随着凹坑尺寸减小(Kn> 0.3),凹坑区的滑移速度小于平滑壁面的滑移速度;而随着凹坑尺寸增大(Kn <0.2),凹坑区的滑移速度大于平滑壁面的滑移速度;在凹坑两端,统计平均滑移速度会出现跳跃,随着Kn数增加,这种跳跃现象越来越强。上述演化特征表明,在设计疏水微结构时,Kn不能大于0.3。

关键词：疏水材料微尺度滑移速度特性旋涡特性离散统一气体动理论