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未来空战全域火力场研究

航空学报 2024年第5期45卷 288-305页

作者：谢岚风陈军焦璐李函之王鹏陈双航空工业成都飞机设计研究所成都610091 西北工业大学电子信息学院西安710072

分析了未来穿透性制空(PCA)空战的发展趋势和制胜关键,针对PCA全平台隐身和分布式杀伤两大显著特征,首先,基于“以目标为中心”和“以载机为中心”2种全向攻击火控模式的有机融合和优势互补,在贯穿导弹射前、射后,覆盖多机、多弹、多目... 详细信息

分析了未来穿透性制空(PCA)空战的发展趋势和制胜关键,针对PCA全平台隐身和分布式杀伤两大显著特征,首先,基于“以目标为中心”和“以载机为中心”2种全向攻击火控模式的有机融合和优势互补,在贯穿导弹射前、射后,覆盖多机、多弹、多目标的全时空域框架下,提出了从全局多层次视角反映协同空战多火力节点的动态和综合杀伤性能的穿透性制空全域火力场概念和设计原理,重新定义了基于截获概率及其全概率公式的空空导弹时变杀伤性能模型,并依此建立了单机火力场模型和双机火力场聚合模型;其次,通过引入场理论的“梯度、散度和旋度”3个度量指标,分别建立了火力场的空间分布、作用范围和偏转变化特性表征模型,并进行了相应的火力场仿真与特性分析;最后,初步探索了将全域火力场应用于全向攻击观察-判断-决策-行动(OODA)闭环的火控瞄准与操纵、单机隐身穿透掠袭式和双机编组协同攻击2种典型空战战术等场景的情况,证明了这一新质火控原理具备很好的技术优势和应用潜力。上述研究工作对于充分发挥新式武器装备性能,有效提高载机自由攻击和自由脱离能力,提升空战效能具有重要的作用;同时,可为将来空战分布式杀伤网的敏捷构建、杀伤链的动态组合和新型战术战法的分析等问题研究提供理论支撑和技术参考。

关键词：全域火力场穿透性制空全向攻击梯度散度旋度

螺栓预紧力对复合材料单搭沉头螺栓接头静载性能影响

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3764-3775页

作者：李汝鹏肖睿恒葛恩德西北工业大学机电学院西安710072 中国商飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所上海201324

根据ASTM 5961试验标准设计了复合材料单搭沉头螺栓接头试件,通过试验和仿真分析了螺栓预紧力水平对其静拉伸性能影响规律。试件为准各向同性铺层的碳纤维环氧树脂层合板,试验过程中利用非接触全场应变测量系统2D数字图像相关技术(DIC)... 详细信息

根据ASTM 5961试验标准设计了复合材料单搭沉头螺栓接头试件,通过试验和仿真分析了螺栓预紧力水平对其静拉伸性能影响规律。试件为准各向同性铺层的碳纤维环氧树脂层合板,试验过程中利用非接触全场应变测量系统2D数字图像相关技术(DIC)对沉头板表面应变场数据进行了采集。基于ABAQUS/Standard隐式分析模块建立了复合材料单搭沉头螺栓接头的静拉伸三维有限元模型,分析了螺栓预紧力和摩擦系数对沉头孔周挤压应力的影响规律。结果表明:当接头承受拉伸载荷时,沉头孔周区域受螺栓挤压损伤最为严重;增加螺栓预紧力可提高螺栓孔2%变形的承载强度,但对接头极限承载强度的提升效果较小。有限元应力分析表明,增加螺栓预紧力或增大层合板之间的摩擦系数均有利于减轻孔周应力集中程度,提高复合材料单搭沉头螺栓接头的承载性能。

关键词：单搭接复合材料沉头接头螺栓预紧力承载试验 2D DIC 有限元分析

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基于时间动态规划的机身冗余控制对接算法

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 30-36,195页

作者：杨超西北工业大学机电学院西安710072 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所北京101111

为了提高中机身的对接精度,保证对接效率,减小支撑底板受力变形,提出了一种基于调姿时间动态规划的机身冗余控制对接算法。根据机身初始位姿以及机身对接精度要求计算机身目标位姿,以姿态调整量和调姿速度为约束条件计算调姿时间,规划... 详细信息

为了提高中机身的对接精度,保证对接效率,减小支撑底板受力变形,提出了一种基于调姿时间动态规划的机身冗余控制对接算法。根据机身初始位姿以及机身对接精度要求计算机身目标位姿,以姿态调整量和调姿速度为约束条件计算调姿时间,规划调姿轨迹。通过调姿轨迹计算定位器各轴驱动量,控制电机联动实现中机身调姿对接。仿真实验结果表明,经过基于调姿时间动态规划的冗余控制对接,飞机机身调姿定位过程中支撑底板无受力变形,减小调姿时间的同时对接精度相对较高,满足机身对接同轴度要求。

关键词：装配机身仿真调姿算法形状控制

考虑纤维波纹度的单向复合材料代表性体积元生成算法

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机械工程学报 2024年第8期60卷 186-195页

作者：谢晨阳黄鲛肖光明张贤杰王俊彪李玉军西北工业大学机电学院西安710072 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所无锡214063 中航西安飞机工业集团股份有限公司西安710089

提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制... 详细信息

提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯·米塞斯-费歇尔(Von-MISES FISCHER)函数,创建出初步的软核模型。进而基于力偏置算法,在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下,调整纤维间的重叠,创建出对应的硬核模型。调整过程中,通过引入三维近邻列表算法,大幅提高算法效率。最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析,用以揭示该方法的研究价值及应用领域。结果表明,该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型,这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响,纤维波纹度越大,UD-FRP的横向剪切强度越大。

关键词：单向纤维增强复合材料纤维波纹度随机游走周期性边界条件近邻列表算法力偏置算法横向剪切

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基于不确定性预测的气动力建模与主动采样

空气动力学学报 2024年

作者：张子军李怀璐赵彤王旭张伟伟沈阳飞机设计研究所西北工业大学航空学院

神经网络方法作为一种高效高精度建模方法，在多个领域得到广泛应用，但其自身的“黑箱”特性结合工程问题特有的小样本现象使得模型可靠性不足，预测结果不确定性大，严重制约了神经网络模型的使用。为提高神经网络模型的工程适用性，... 详细信息

神经网络方法作为一种高效高精度建模方法，在多个领域得到广泛应用，但其自身的“黑箱”特性结合工程问题特有的小样本现象使得模型可靠性不足，预测结果不确定性大，严重制约了神经网络模型的使用。为提高神经网络模型的工程适用性，以飞机纵向非定常气动特性为研究对象，利用时间卷积神经网络实现了纵向大幅振荡风洞试验的时域非定常气动力建模，并使用MC-dropout技术对预测结果的不确定性进行评估。在此基础上结合不确定性分析结果，开展了风洞试验样本主动采样。结果表明，模型不确定性可以先验评估预测精度，模型预测误差与不确定性具有强线性关系，主动采样策略较随机采样策略可以最多降低40%的样本需求，验证了该方法在提升黑箱模型可信度与降低建模样本需求量方面的有效性。

关键词：大迎角风洞试验非定常气动力神经网络不确定性主动采样

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一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计

航空学报 2024年第6期45卷 115-133页

作者：李军府陈晴王伟韩忠华谭玉婷丁玉临谢露乔建领宋科艾俊强西北工业大学航空学院西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆... 详细信息

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆的效果进行了分析并研究了该布局的全声爆毯特性;采用CFD数值求解近场声爆信号并通过Burgers方程传播到远场,研究了飞行高度、飞行马赫数等参数对该气动布局地面声爆响度的影响;采用CFD数值模拟方法研究了飞行高度、马赫数等参数对该气动布局气动特性的影响。研究表明,采用基于声爆最小化理论反设计方法降低了基准气动布局的地面声爆响度约6.54 PLdB,采用波系有益干扰后体设计方法进一步使地面声爆响度降低了约0.97 PLdB,采用参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法使气动布局地面声爆响度进一步降低了约4.04 PLdB;合理地设计飞行高度、飞行马赫数,可以有效地降低地面声爆响度;合理地选择巡航飞行高度和巡航飞行马赫数,可以有效地提高巡航效率。研究工作对超声速民机气动布局设计具有一定的工程指导价值,对超声速民机总体气动方案设计亦具有一定的工程借鉴意义。

关键词：超声速民机低声爆气动布局地面声爆响度巡航效率马赫数飞行高度机翼后掠角

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永磁同步电机初始位置辨识方法研究与进展

航空学报 2024年第3期45卷 61-76页

作者：马瑞卿陈鹏西北工业大学自动化学院西安710129

随着飞机电气化进程的不断推进,永磁同步电机(PMSMs)因为优异的性能被广泛地应用于机上各种电驱动系统。而在电机矢量控制的诸多技术中,精确的转子初始位置辨识对其平稳起动与最大转矩运行意义重大。在对各种初始位置辨识方法进行分析... 详细信息

随着飞机电气化进程的不断推进,永磁同步电机(PMSMs)因为优异的性能被广泛地应用于机上各种电驱动系统。而在电机矢量控制的诸多技术中,精确的转子初始位置辨识对其平稳起动与最大转矩运行意义重大。在对各种初始位置辨识方法进行分析和归纳后,从有位置传感器与无位置传感器2个方向,对永磁同步电机初始位置辨识方法进行了全面综述。首先,把有位置传感器的初始位置辨识方法总结为转子静止型与转子微动型2种,比较了各种有位置传感器辨识方法的异同点;然后,根据注入信号是否连续,将无位置传感器的转子初始位置辨识方法划分为高频电压注入法和脉冲电压注入法2大类,并选择脉振高频电压注入法对转子初始位置辨识效果进行了验证;最后,对永磁同步电机初始位置辨识方法的发展趋势进行了展望。

关键词：永磁同步电机初始位置辨识高频电压注入法脉冲电压注入法

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冷喷涂Ti涂层的颗粒变形行为及孔隙分布

航空学报 2024年第12期45卷 296-308页

作者：周愁庭马玉娥杨泽轩李文亚黄春杰刘磊中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院西安710089 西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 德国汉堡赫尔穆特-施密特大学/德国联邦国防军大学材料技术研究所汉堡22043

在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL... 详细信息

在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL)模型,计算获得了颗粒沉积后的变形情况及涂层内部的孔隙分布规律。结果表明,数值模拟和试验结果吻合良好。碰撞作用导致颗粒的累积呈现方向性,随着速度提高,颗粒的变形增大且内层颗粒受速度影响比外层颗粒更大。在相同参数下,大粒径颗粒沉积获得孔隙尺寸更大,孔隙率更高。在低速情况下,涂层内部的孔隙会相互连通形成孔簇,而随着临界速度比增大,孔隙率降低。

关键词：冷喷涂 Ti涂层 CEL模型颗粒变形孔隙分布

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分布式动力翼前飞状态动力/气动耦合特性

航空学报 2024年第2期45卷 132-150页

作者：王科雷周洲郭佳豪李明浩西北工业大学航空学院西安710072

以分布式混合电推进飞行器技术研究为背景,针对分布式动力翼在前飞状态下动力/气动耦合特性开展数值模拟及分析。首先,通过对分布式动力翼各部件进行合理拆解,结合超椭圆方程、四阶Bezier曲线、CST (Class Function/Shape Function Tran... 详细信息

以分布式混合电推进飞行器技术研究为背景,针对分布式动力翼在前飞状态下动力/气动耦合特性开展数值模拟及分析。首先,通过对分布式动力翼各部件进行合理拆解,结合超椭圆方程、四阶Bezier曲线、CST (Class Function/Shape Function Transformation)参数化方法等构建了分布式动力翼复杂对象的参数化模型。然后,依次对动力翼二维剖面翼型、动力翼单元翼段、分布式动力翼整体动力/气动耦合特性进行了数值研究,并与常规翼型-机翼进行了对比分析。最后,梳理了分布式动力翼内外流耦合与其二维-单元-整体特性之间的内在联系,提出了关于分布式动力翼动力/气动耦合设计思路的建议。

关键词：分布式混合电推进飞行器分布式动力翼参数化模型动力/气动耦合特性前飞状态