建立微型扑旋翼飞行器运动学模型,基于面元法研究低雷诺数下非定常场中扑旋翼飞行器的气动特性,得到机翼气动特性和一个工作周期内的最大气动载荷。建立扑旋翼飞行器机翼有限元模型,基于变密度法和独立连续映射法(Independent continuous mapping,ICM)对机翼进行静力学和动力学拓扑优化设计,通过改变机翼拓扑结构优化机翼模态频率,得到同时满足结构静力学和动力学要求的扑旋翼飞行器机翼拓扑结构。本文为扑旋翼飞行器机翼结构优化设计提供了基本思路和研究基础。

直升机着舰流场复杂多变,严重影响着旋翼的气动环境,进而影响直升机着舰安全。本文基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术建立了一个直升机动态着舰的数值模拟方法,并以此研究直升机着舰过程中的气动载荷变化。该方法以N-S方程作为控制方程,并选取k-ω湍流模型来提高对涡流场的捕捉精度,采用动量源方法模拟旋翼。应用所建立的方法,着重分析了直升机侧弦进场、垂直降落过程中的耦合流场特征和气动载荷变化。结果表明:直升机侧弦进场时旋翼会与甲板舷涡以及舰船艉部的涡回流区发生较强的涡干扰,导致拉力显著降低,在舰面效应的影响下易产生一个附加的滚转力矩,影响直升机姿态稳定;垂直降落时在上述干扰的综合作用下,旋翼拉力呈现出先减小、后增大的特点,各气动载荷在接近甲板时会出现剧烈的波动,加大了着舰风险。

为了进一步提高摆线桨的气动效率,本文对摆线桨的设计参数进行了优化研究。首先分析了流管模型的基本原理,基于薄翼振荡原理,结合动量和叶素理论建立了摆线桨的双盘-多流管非定常气动模型。然后,通过相关算例验证了模型的适用性,结果表明:实度较小时,准确度较高,而随着实度与转速的增加,桨叶之间的干扰加强,误差值增大。通过大量试验与计算数据的对比,总结了不同实度时,多流管模型的拉力修正因子。最后,基于双盘-多流管气动模型,应用遗传算法对摆线桨的相关设计参数进行了优化设计,优化后的功率载荷提高了12.4%左右。同时,对比发现优化后的摆线桨比旋翼具有更高的气动效率。

利用结构网格计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的翼型气动特性分析方法开展旋翼翼型气动特性计算。通过RAE282,NACA0012,OA212,OA207等翼型压力分布、升力和阻力等特性计算结果与试验结果的对比分析,验证了计算方法的准确性,并进一步完成了HF系列旋翼翼型的气动特性计算。基于翼型的气动特性,采用时间步进自由尾迹的旋翼气动性能分析方法开展旋翼桨叶翼型的气动布局优化设计,对悬停和前飞条件下的旋翼开展计算分析,得到两种条件下的旋翼气动特性。而后通过本文建立的优化方法开展旋翼翼型布局优化设计。

为了促进高性能面齿轮传动技术的发展,对点接触面齿轮传动进行承载接触分析。建立了点接触面齿轮传动的坐标系,推导了传动中接触点方程,实现了传动中面齿轮上接触点位置的仿真。利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了传动中圆柱齿轮和面齿轮上接触点处主曲率的变化规律。根据布希涅斯克问题的求解方法,给出了传动中面齿轮上接触区域的椭圆长、短半径、中心最大变形量、最大压应力以及载荷分布的方程,分析了接触中心最大压应力的变化规律,实现了接触斑点的可视化仿真。

使用数值模拟方法研究了前缘缝翼翼型气动特性,并将该前缘缝翼翼型应用于直升机平尾,分析了该直升机全机气动特性,最后通过风洞试验对数值模拟结果进行验证。结果表明,前缘缝翼构型平尾能有效改善直升机的纵向静稳定性。

针对充气式气动减速器难以建立折痕有序、径向压缩的折叠模型,本文提出了分割映射折叠方法。首先基于分割映射技术得到分割展平面;其次通过矩阵变换将分割展平面转换为连续的几何折叠模型;最后,采用初始应力修正了建模过程中的模型误差,降低了充气过程中的应力集中和网格畸变问题。数值结果表明:充满的单圆环的表面积和体积误差仅为1.8%,验证了本文折叠方法的高精度;充气式气动减速器的初始和充满外形与实验外形一致,展开过程稳定、有序,说明该方法的可靠性和适用性。本文折叠方法适用于任意旋转曲面的多维压缩和有序折叠,提高了曲面展开数值仿真的精确度和稳定性。

在传统的粘弹阻尼器双线性迟滞模型基础上,为了便于参数识别,将滑移迟滞恢复力等效成黏性阻尼力与分段线性弹性力的联合作用,引入指数衰减函数表征弹性力及阻尼力随激振幅值的变化规律,并导出了带静位移的粘弹阻尼器复模量计算模型。提出一种结合复模量及迟滞回线进行参数识别的方法,并通过实例验证了改进模型的准确性及参数识别法的有效性。分析了静位移对迟滞回线及复模量的影响,结果表明静位移的变化使得迟滞回线沿弹性力曲线移动,并由于非线性刚度的影响,迟滞回线的形状也发生了变化;在模型采用奇次弹性力和线性黏性阻尼力的条件下,储能模量随着静位移的变化成偶次函数的趋势变化,而耗能模量则不受静位移的影响;静位移对储能模量和耗能模量的影响源于粘弹阻尼器刚度和阻尼关于位移的非线性特性。

采用高精度FTM高温微动磨损试验机研究TC21钛合金在150℃下的微动磨损行为。分析温度对摩擦系数及磨损率的影响;通过扫描电镜和能谱等方法研究钛合金TC21在高温下磨痕形貌的变化情况、成分的变化和磨损机理。实验结果表明温度对钛合金TC21摩擦系数的影响与微动位移有关,位移越小,温度对其影响越小;温度为150℃时,磨损量较室温降低了67.4%~86.5%;磨损机理在常温下以磨粒磨损为主,并存在氧化磨损和粘着磨损,在150℃下以氧化磨损为主,伴随少量的磨粒磨损和粘着磨损。

针对液压系统故障的多发性、故障在封闭回路中的传递性、设备构造的复杂性等特点，通过对现有故障诊断方法的分析，提出了基于模糊故障树理论的故障诊断方法。以泵控马达系统为研究对象，通过分析该系统的故障形式，建立了该系统的模糊故障树，进行了量化分析和算法研究，介绍了模糊故障树方法的原理、方法和特点。研究表明，这种方法较之传统方法实用、有效。