分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-06-25 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了应用分布式光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）传感网络飞行实测直升机旋翼动载荷，综合分析旋翼桨叶的载荷与应变，以及FBG传感器的使用要求，设计了桨叶表面的FBG传感网络布设方案。在此基础上，提出基于FBG应变测量的工程建模方法和校准试验方法。以单项加载试验建立模型，复合加载试验验证模型，验证分析给出最大的载荷相对误差为3.83%，优于5%的飞行实测工程要求。使用FBG传感器和应变计等2种不同传感器，完成直升机旋翼动载荷对比试飞，测量结果在时域和频域都可以相互验证。试飞结果表明：FBG传感网络测量结果正确有效，基于分布式FBG传感测量的旋翼动载荷工程建模方法合理可行。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-06-25 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究气候实验室室内发动机开车时尾气小引射比降温排放的影响因素及影响规律，以一典型小涵道比发动机为研究对象，采用数值模拟的方法，在考虑发动机尾气组分及可变比热流体属性条件下，分析排气管道直径、管道入口距离及喷水降温对于发动机尾气小引射比排放特性的影响。结果表明：引射比与排气管道直径线性正相关，随管道直径的增大而增大；管道入口距离对引射比影响较小，但存在一个最佳管道入口距离；喷水降温会破坏引射流场激波结构，尾气射流速度亏损减少，引射比增大。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-06-25 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： UDWADIA-KALABA方程为复杂约束多体系统提供了显式求解方法。该方法不用引入辅助变量，就可以使系统中的广义加速度与广义约束力解耦，进而得到显式表达的广义约束力和广义加速度。但是，在方程中要求质量矩阵是正定的，这不适用于具有奇异质量矩阵、奇异构型、冗余约束等奇异问题的动力学系统。为此，一些专家学者通过引入辅助系统对U-K方程进行变形，使实际多体系统和添加辅助系统的多体系统具有同样的动力学特性，从而可以很好地解决奇异问题。详细论述了引入辅助系统对基本U-K方程进行修正的几种方法，给出了采用U-K方程对复杂约束多体系统建模和求解的通用流程。借助2个具有奇异质量矩阵的算例，利用U-K方程及其修正的方法进行了求解。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-06-25 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： TC17钛合金是一种典型的发动机叶盘材料，其超高周疲劳性能与发动机的长寿命高可靠性设计直接相关。采用常规拉压、常规弯曲、加速拉压、加速弯曲4种试验方法开展TC17的超高周疲劳性能研究，其中常规试验频率（1 500±500）Hz，加速试验频率（20±1）kHz。获得了TC17在5×105~2×109寿命范围内的疲劳试验数据，其疲劳强度主要集中在400~570 MPa范围内。通过对不同类型的试验数据分析发现，加载频率对TC17的超高周疲劳性能影响较小，弯曲疲劳强度高于拉压疲劳强度。断口分析表明，加载频率对TC17的疲劳裂纹萌生与扩展机理无显著影响。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-06-25 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构，由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点，其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀，对于具有大尺寸、高柔性特定的环形桁架天线结构，极易引起严重的热致振动问题，甚至可能导致航天器的失效。对于该问题，首先提出了一种针对某型大口径环形桁架天线展开后的轨道热辐射模型，通过该模型能计算天线内部结构件之间的遮挡系数，特别是天线反射面对桁架单元的遮挡，由此获得了考虑天线内部结构遮挡效应和地影效应综合作用下天线各桁架单元接受的有效太阳入射热流；在此基础上建立了环形桁架天线热传导分析模型，将由轨道热辐射模型计算得到的天线接受的有效太阳入射热流代入该热传导模型，获取了环形桁架天线在轨运行过程中的温度场变化。研究结果表明：由于天线内部结构部件间的相互遮挡，天线桁架结构各部分温差较大，最大值达到近270 ℃，再加上轨道阴影效应，在进出地影区等时刻，天线会发生瞬时温度快速变化现象。需要注意的是，这种剧烈的温度变化和温度分布不均匀性可能会引发环形桁架天线的大变形和热致振动问题，需要进行进一步的深入研究。
分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术其他学科 提交时间： 2025-05-14
摘要： 压气机叶片气动性能的精确预测对于提升航空发动机设计效率及降低涡轮机械行业能源消耗具有重要意义。当前传统仿真计算的高耗时，以标准卷积神经网络（Convolutiona1Neural Networks，CNN）及融合了挤压-激励（Squeeze-and-Excitation，SE）模块与卷积块注意力模块（ConvolutionalBlockAttentionModule，CBAM）的混合架构为代表的深度学习方法，在预测精度与计算效率之间仍面临权衡挑战。本文提出了一种融合Transformer多头注意力机制的CNN神经网络架构（CNN-Transformer）。与传统卷积神经网络相比，CNN-Transformer在保持计算效率的同时，显著提升了预测性能指标一一将均方根误差（RMSE）降低了40.19%（至0.0064），平均绝对百分比误差（MAPE）降低了31.94%（至0.98%），并伴随估算总大小（EstimatedTotalSize）下降了27.60%。实验表明，该架构能够有效建立关键进口参数（马赫数、雷诺数、进口角等）与出口气动特性之间的非线性映射关系，在预测精度与推理速度方面均优于现有模型。该方法为气动设计选代过程中叶片性能的实时评估提供了一种高效的数字解决方案，显著加速了设计优化流程，同时满足工程精度要求。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间： 2025-04-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对四旋翼飞行器在未知干扰下跟踪慢、精度低以及模型耦合性强的问题，提出了一种基于变指数幂次趋近律和高增益观测器的模糊滑模控制策略。首先，设计了一种自适应变指数幂次趋近律，通过趋近律中幂次趋近项和指数趋近项的相互作用，使系统得到较快的趋近时间降低稳态误差；其次，在位置子系统中，采用高增益观测器实现状态估计以抑制耦合；最后，将变论域思想引入自适应模糊控制，在切换控制项设计了一个带有伸缩因子的模糊逼近系数来补偿高增益观测器带来的影响。仿真结果表明，该控制策略能有效削弱抖振，具有较好的动态性能和控制精度；即使在复杂外部干扰的情况下，四旋翼飞行器依然能够迅速按要求进行轨迹跟踪。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间： 2025-04-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对当前航空发动机机匣热试验仿真计算结果与试验结果难以对比关联的问题，根据机匣典型结构纯热试验设计开展机匣内部辐射加热仿真计算，建立了一种同时考虑石英灯丝电阻率与发射率变化规律的灯丝温度估算方法，并根据试验控制电压估算了3个工况下灯丝的时变温度，从而将仿真计算与实际试验相关联。同时根据试验装配情况，提出了一种针对灯管交错排布时水冷电极遮挡效应的模型修正方法。仿真计算与试验结果的相对误差在8%以内，说明采用该建模与修正方法能够提高实际试验与仿真计算间的关联性，可进一步指导机匣结构试验设计与模型优化。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间： 2025-04-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 早期的网格加筋圆柱壳结构设计指南，如NASA SP-8007，建议通过采用足够的纵筋数目和蒙皮厚度来避免结构发生蒙皮局部屈曲。但这一设计要求缺乏有力的支撑证据，且有可能会提高工艺成本和结构重量。为了厘清蒙皮局部屈曲对结构产品轴压承载能力的影响，分别基于线性解析法、非线性有限元法以及单点扰动载荷法对某典型网格加筋圆柱壳及其等刚度改型结构进行了详细的计算和对比分析。结果表明，对于无缺陷的完美结构，蒙皮局部屈曲会显著降低其结构承载力，而对含有初始缺陷的实际结构，蒙皮局部屈曲对其结构承载力并无影响。因此在结构设计时，不需要刻意地规避蒙皮局部屈曲。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间： 2025-04-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 高超声速飞行器热防护结构通常由性能差异较大的材料构成，粗糙界面接触热阻对结构整体传热特性和防热效果的影响不可忽视。利用理论预测和数值仿真方法对热防护结构中隔热材料与金属材料的界面接触热阻问题进行研究，针对常用CMY(Cooper-Mikic-Yovanovich)接触热阻模型计算困难、不易描述粗糙界面复杂显微形貌等问题提出了改进方法，借助有限元软件对接触的力学过程与传热过程进行了仿真计算。在数值算例中，通过与文献实验数据的对比验证了方法的准确性，探讨了界面温度、接触压力和粗糙度对热阻的影响规律，并讨论了接触热阻在结构整体温度分布中的作用。结果表明接触压力和表面粗糙度均通过影响实际接触面积进而影响接触热阻，界面温度则主要通过影响材料物性参数从而改变接触热阻。高温条件下接触界面间辐射传热增强，引入接触热阻对热防护结构隔热层的影响较为显著。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-02-14 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 搭建Abaqus与Star-ccm+联合仿真流固耦合方法对某型飞机全复合材料油箱在弹射起飞与拦阻着陆过程中的晃动问题进行研究。首先通过模拟液舱晃动实验验证了所搭建流固耦合分析方法的可靠性。根据飞机油箱原型建立了全复合材料油箱精细结构模型和流体域模型,探究了3种不同充液率下的油箱晃动冲击效应,得到了弹射起飞与拦阻着陆过程中油箱内油液的晃动形态、压力分布、油箱应力应变及油箱蒙皮变形等结果。分析表明:弹射起飞与拦阻着陆过程中油液晃动有堆积、晃动、平稳3个阶段,油箱内燃油的晃动集中于前1.3 s内; 2种工况中燃油冲击油箱产生的冲击压力均随充液率提升而增大,弹射起飞和拦阻着陆工况中最大冲击压力分别为19.135 kPa和11.102 kPa; 飞机在大过载过程中油箱结构响应由过载主导; 拦阻着陆过程中油箱结构响应大于弹射起飞,因此拦阻着陆对于油箱结构强度的要求更为严格。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-02-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 飞机部件结合处易诱导产生角隅流动结构,尤其对于T型垂尾飞机,在小侧滑角状态下产生角隅流动产生分离可能导致飞机航向静不安定。利用基于二次本构关系(quadratic constitutive relation,QCR)的k-ω SST方法针对Rood翼型标模进行计算以验证k-ω SST-QCR方法计算精度,并对某验证机平垂尾结合处的角隅分离进行整流,抑制其由于平尾及垂尾的边界层在结合处交汇后复杂的相互作用所引起的流动分离,使平垂尾结合处在小侧滑角状态下无分离流动。结果表明垂尾背风面的分离流动是航向静不安定的主要原因,通过对平垂尾结合处采用整流锥修型,显著抑制了角隅流动分离,使其在小侧滑角状态恢复航向静安定。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-02-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究民机侧壁板结构抗鸟撞性能,基于Abaqus建立了航空铆钉动态弹塑性损伤模型,并通过模拟铆钉动态加载试验、民机侧壁板鸟撞试验和仿真分析,研究了铆钉紧固件动态模型的准确性和民机侧壁板的鸟撞动态响应。结果表明:民机侧壁板结构鸟撞冲击下主要表现为铆钉紧固件的大量破坏导致加强肋脱离。结构纵框、加强肋和蒙皮均未出现撕裂破坏。基于Abaqus的铆钉动态弹塑性损伤模型能够很好地描述其动态加载下的应变率强化效应,能够较为准确地模拟拉剪耦合加载下的损伤破坏行为,并且应用该模型能够准确模拟鸟撞冲击下铆钉紧固件的失效形式,从而获得与试验较为一致的应变结果; 可见该铆钉模型能够为民机结构抗鸟撞问题研究提供基于Abaqus的铆钉紧固件建模方法。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2025-02-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 对常用的2种单向带复合材料0°拉伸疲劳试样构型开展了试验与仿真分析对比研究,通过采用非接触测量手段获取了2种构型试样在拉伸载荷下的应变分布,发现“双哑铃型”试样边缘效应显著,应力集中更加严重; 同时通过仿真分析方法获取了2种构型试样在拉伸载荷下的应力云图,同样表明“双哑铃型”应力集中严重; 通过电子显微镜观察试样边缘发现机械加工将导致试样表面损伤,“双哑铃型”试样在机械加工过程中将对纤维造成更多损伤,不利于承载; 试验与分析结果表明“直条型”试样较“双哑铃型”试样更适合开展碳纤维增强复合材料0°拉-拉疲劳门槛值试验。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了有效提升翼型气动性能,针对被动流动控制方式,以S809翼型为基础研究对象,对其构建抛物线翼缝,翼缝出入口均在翼型压力面上。通过计算流体力学的数值模拟方法,研究抛物线翼缝入口位置与出口位置距离翼型前缘的长度、顶点位置距离翼型弦线的高度以及翼缝宽度对抛物线翼缝翼型气动性能的影响,并结合流场结构分析翼缝的作用机理。研究结果表明:在各攻角下,抛物线翼缝翼型的升力系数表现优于原始翼型,12°～18°攻角下,抛物线翼缝翼型升阻比均大于原始翼型,最大增幅约为10.2%。据流场分析,翼缝产生的压力使翼型整体压力差变大,是抛物线翼缝翼型气动性能提升的主要原因。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 提出一种基于先验信息的直方图匹配算法,以实现疲劳试验中试件观测图像抖动的在线快速消除。首先,根据灰度阈值对基准帧图像和目标帧图像计数统计形成直方图; 其次,采用傅里叶变换将直方图变换为频域信息,并根据先验信息确定偏移阈值,进行互相关分析从而获得互相关数组; 最后,选取互相关数组中的最大值,并根据最大值位置确定目标帧图像的抖动量,进行图像抖动的消除。基于先验信息的互相关频域分析极大地降低了计算量,从而使得本研究方法可以实现高分辨率图像中抖动的在线快速消除。试验结果表明,对于分辨率为4 096×3 000的图像,在保持抖动消除效果不变的情况下,本研究算法与传统方法相比,计算效率提高了3倍,能满足疲劳试验中试件观测的试验应用需求。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对水上飞机常用的V型和陆基飞机常用的圆柱绕流结构,开展了模型着水载荷试验,对比分析了两种不同截面绕流结构的载荷特性。研究结果表明:V型绕流结构具有较好的载荷特性,在着水过程中压力峰值变化周期较长、峰值相对较小,峰值作用半周期在0.1 s左右,压力位置、速度对峰值影响明显,越靠近对称面位置,着水速度越大压力峰值越大。圆柱形绕流结构具有压力峰值大、作用周期短的特点,同等条件下对称面位置的压力峰值是V型绕流结构最大压力的8.7倍,峰值作用半周期仅在0.5 ms左右。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-10-28
摘要： 为解决机载悬臂体结构在长悬臂梁挂载状态下的全频域减振问题,提出了一种基于耦合级联的主被动联合抑振模型及控制优化方法。通过在远端头体连接处加装机械手进行抑振。机械手采用主动抑振减小低频正弦振动,其上串联的被动减振器降低高频随机振动。在对头体连接处进行负载振动等效的基础上,提出了基于减振因子和总均方根加速度的主被动综合减振率的计算方法,并根据高低频切换频率(10 Hz)和综合减振率(40%)等指标得到机械手主被动减振参数。通过耦合级联的方法解决了机械手在主动抑振过程中悬臂体、机械手及其被动减振器的串联耦合问题,从而构建串联耦合作用下的机械手全伺服系统模型。最后采用伺服优化、抑振前馈和极点配置等综合优化算法提升机械手的动态性能。根据仿真结果,机械手的主动抑振带宽和综合减振率均满足抑振需求,为全频域环境载荷作用下机载挂载的减振问题提供了一种新的方法。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-10-28
摘要： 为了研究舰船运动和系留点位置偏移对系留无人机系统运动响应的影响,采用集中质量法建立了系留无人机系统的数学模型,采用四阶龙格库塔法对方程进行数值求解。讨论了舰船运动幅值、频率以及系留点偏移量对系统运动响应以及系缆对无人机拉力的影响。构建了系留无人机系统的实验模型,分析了舰船运动对无人机系统的动力学影响。结果表明:端点激励幅值越大无人机和系缆的运动幅度越大,系缆对无人机的拉力幅值也变大; 不同激励频率会激起系缆不同的运动形式; 系留点垂向偏移距离越大无人机的滚转角运动范围也越大; 通过与实验结果进行对照,定性验证了理论计算的正确性。
分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间： 2024-10-28
摘要： 动态失速是航空航天领域中一种普遍存在的流动现象,因气动特性很难预测,对飞行器的性能和飞行安全有着严重影响。为了对机翼动态失速过程中的复杂分离流动进行准确模拟,应用屏蔽分离涡模拟(shielded detached eddy simulation,SDES)方法对NACA 0012翼型的动态失速进行了数值模拟,并与延迟分离涡模拟(delayed detached eddy simulation,DDES)方法进行对比研究。首先验证基于静态翼型的CFD(computational fluid dynamics)模型准确性,随后对动态失速获得的升阻力系数和实验数据进行比较评估,同时分析和量化了动态失速的特征现象,并对动态失速的几个典型阶段进行研究。计算表明:对于静态翼型的分离流动,SDES、DDES方法计算结果相差不大; 对于具有强烈流动非定常性的动态失速问题,SDES方法体现了较高的预测准确度,能精细的描述流场及漩涡结构并准确地捕捉到动态失速下复杂流动现象,表现出良好的对于复杂分离流动精确模拟的能力,这对于新型RANS/LES混合方法的应用以及研究翼型绕流机理及相关问题有重要意义。
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