结构健康监测技术及其在航空航天领域中的应用

对飞行器结构中的裂纹、腐蚀、脱层、材料性能退化及其它损伤进行及时且准确的检测是确保服役飞行器安全可靠运行的必要手段。结构健康监测是确定结构完整性的革命性创新技术,它在飞行器的结构设计、飞行及维护过程中都可发挥重要作用,它的使用可以提高飞行安全性、降低维护成本。本文简要介绍结构健康监测的系统组成、基本原理及关键技术,并通过实例阐述了基于智能层的结构健康监测技术在飞行器上的应用情况。     

基于ANSYS/LS-DYNA的钢板混凝土墙冲击实验的有限元分析

运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了1/7.5缩尺飞机模型撞击钢板混凝土墙的冲击实验。选用两种不同的混凝土材料本构模型(Winfrith模型、CSCM模型)模拟混凝土的非线性破坏过程,将钢板混凝土墙的破坏模式以及飞机模型的残余速度等与实验结果进行了对比。结果表明,有限元分析结果与实验吻合较好,且Winfrith材料模型能够更好地模拟混凝土的大应变、高应变率的非线性性能,验证了钢板混凝土墙和飞机材料本构模型的选取以及整个分析方法的适用性和有效性。     

基于遭遇波的艏前波法的航母姿态预报

航母在海洋航行时,为了使舰载机起飞和降落更安全,需要对航母姿态运动进行预报。艏前波法仅反映海浪本身的波动,没有考虑航母与海浪相互作用的情况。基于遭遇波的艏前波法,用航母遭遇海浪的观测序列替代海浪观测值作为ARMA模型的系统干扰,使得预报精度更准确。通过仿真分析,基于遭遇波的艏前波法结果与艏前波法结果对比,四级海况下,横摇运动预报4 s的误差不超过0.03°,预报8 s的误差不超过0.15°,纵摇运动预报4 s的误差不超过0.05°,预报8 s的误差不超过0.06°,结果表明了该方法的有效性。     

滑动蒙皮变后掠气动力非定常滞回与线性建模

针对低速不可压条件下滑动蒙皮方式变后掠过程中非定常动态气动特性开展了3方面的研究工作: (1)飞行器变形过程中非定常动态气动特性风洞试验技术研究;(2)变形过程中滞回效应研究和机理分析; (3)基于风洞试验结果开展变形过程中非定常动态气动力线性建模. 初步研究表明: (1)采用强迫振荡法可以有效地获取变形过程中非定常动态气动力滞回效应; (2)造成变形过程中气动滞回效应的机理有两个即``动边界效应'和``流场结构滞回效应', 造成滞回效应的机理可能主要在于后者; (3)引入升力系数和俯仰力矩系数随后掠角变化率的动导数概念, 可以建立变形过程中非定常动态气动力线性模型.      

微型飞行器低雷诺数空气动力学

微型飞行器(MAVs)设计绝不是常规飞行器在尺度上的简单缩小,面临许多技术难题.其中微型飞行器低雷诺数空气动力学是其最为根本的技术瓶颈之一,也是当前受到广泛关注的热点之一.本文紧密结合微型飞行器技术,对这一领域中所面临的低雷诺数空气动力学问题和近两年来该方向国内一些新的进展进行了较为详细的介绍.按照MAVs飞行方式和结构特性进行分类,简单介绍微型飞行器研究中的低$Re$数空气动力学问题.首先介绍了二维和三维固定翼低雷诺数空气动力学问题:包括层流分离泡,翼型升力系数小攻角非线性效应,静态迟滞效应,以及低$Re$数小展弦比机翼气动特性.第2,介绍了拍动翼低雷诺数空气动力学方面的研究工作.包括前人提出的昆虫低$Re$数下获得高升力的多种非定常拍动翼飞行机制:Wagner效应、Weis-Fogh效应(clap-and-fling)、延迟失速效应(delayedstall)、Kramer效应(rotational forces)、尾迹捕获效应(wakecapture)、附加质量效应(addedmass)等.以及国内学者近几年在拍动翼方面取得的一些研究成果.第3,介绍了柔性翼低雷诺数气动问题.研究表明柔性翼对于固定翼微型飞行器提高抗阵风能力,拍动翼微型飞行器产生足够的升力和推力.最后简单介绍了可变形翼(morphingwing)微型飞行器方面的一些研究工作,指出微型飞行器技术可以通过采用可变形翼设计,突破众多的技术瓶颈.另一方面,可变形翼概念可以通过在低成本,低速的MAVs上进行飞行试验,获得非常好的验证平台.