非线性空气舵系统模态试验及颤振设计研究

在飞行器空气舵结构系统的设计中不可避免会存在摩擦、间隙、阻尼等非线性因素,在模态试验中表现为舵系统的模态试验结果随着激振力、舵面负载的变化产生明显的变化,而模态数据作为颤振设计的重要结构参数,对颤振分析结果有重大影响.工程设计中采用何种工况下的模态数据来进行颤振分析没有定论,保守设计认为所有模态状态下均不发生颤振则舵系统设计满足要求.以某空气舵系统为研究对象,给出了舵系统的模态变化范围,以不同工况下的模态数据为输入进行了颤振分析,最后采用当前的颤振设计思路,给出了在弯、扭频率最接近的模态状态下的颤振动压.     

基于MSC．Nastran的导弹舵面颤振分析与优化

利用MSC．Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型,对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析,发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化,从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响,并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化,满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。     

具有间隙非线性的全动舵系统的颤振分析

研究了超声速来流中含间隙舵系统的颤振问题。通过建立舵机传动机构的动力学方程并采用翼段模型和活塞理论,导出了俯仰方向含有间隙的舵面的非线性气动弹性动力学方程,利用 Hopf 分叉理论计算了舵面的颤振速度,并采用描述函数法分析了含间隙舵面的气动弹性响应。在此基础上,研究了传动机构的动态特性和间隙对舵面的颤振速度和极限环振荡行为的影响。研究表明：舵机静刚度较低时,需要考虑其动刚度对颤振速度的影响;仅当间隙内的俯仰刚度较小时,舵面的气弹响应才会发生亚临界 Hopf 分叉;在飞行速度一定的情况下,间隙量增大1倍,极限环振荡的振幅近似增加1倍。     

传动间隙对舵面颤振的影响分析

针对一类超声速导弹小展弦比舵面的特点，忽略其弯曲方向的模态变化，当舵机／舵面系统旋转方向引入间隙非线性因素时，会使系统产生谐振和耦合颤振问题，因此，首先建立了舵机／舵面系统在模态试验和飞行状态下的单自由度非线性振动模型，通过渐近法求解这一自由度下间隙对系统的影响，以及预载和飞行速度抑制间隙的变化规律，为避免系统发生抖动和结构耦合颤振提供分析依据。     

高超声速飞行器舵面热颤振数值方法研究

建立一套可行的气动热、气动力、结构松耦合数值方法,利用商业软件ABAQUS二次开发接口DFLUX,编制热壁热流计算程序以考虑壁面温度的影响,分析舵面结构在气动加热环境中温度场分布及随飞行时间的变化;建立力热模型分析舵面模态和频率随气动加热的变化情况;应用商业软件ZAERO进行颤振分析,确定舵面气动弹性稳定性及颤振发生机理。     

智能优化算法在车辆配送方面的研究

针对已有算法对高维多目标问题存在多样性差且计算复杂的缺陷,提出利用冲突信息分区的高维多目标并行进化的智能优化算法.利用目标间的冲突信息将目标空间划分为若干子区间,独立进化以降低求解问题的难度;在每个子区间中加入其他子区间的聚合信息,考虑全局信息避免局部收敛;再根据子区间中目标数目的不同,采用并行独立优化算法缩小搜索空间,避免削弱进化算子的作用,提高算法优化性能.选取3种经典算法与该算法作对比,验证其优劣性.对比结果表明:该算法在车辆路径中可减少污染,并能在满足客户要求的情况下实现企业成本最小化.     

高超声速飞行器空气舵系统耦合特性分析及颤振抑制研究

为了预防高超声速飞行器空气舵系统流、固、热、电、磁等多物理场的耦合作用所引发颤振失稳开展颤振抑制研究,建立了将热环境下舵面结构动力特性、高超声速非定常气动力、舵机环节非线性动力学特性耦合起来的舵机-舵面耦合系统数学模型和颤振特性分析方法;对某舵系统进行了数值分析,研究了热环境、电动舵机设计参数以及指令信号幅值对颤振速度的影响,提出在舵机电流环加入超前滞后环节的颤振抑制措施。仿真结果表明,该方法能有效地提高舵系统的颤振速度。     

基于多种群协同进化免疫多目标优化算法的百叶窗优化研究

为降低空气流通阻力、增加空气流量以及获得最大的防护能力,对装甲车辆进气和排气百叶窗结构优化进行研究。建立装甲车辆进气和排气百叶窗数值计算模型,根据冷却系统工作特点搭建冷却风道半实物仿真模型,对比分析优化前的仿真结果和台架测试结果,并给出了优化目标函数表达式。为解决优化效率低、计算量大的问题,确定设计变量并建立设计变量与目标函数之间关系的椭圆基神经网络替代模型。通过分析目标函数随设计变量的变化规律,采用基于多种群协同进化免疫的多目标优化算法对模型进行优化,确定了最终解。利用自组织神经网络对样本点进行数据挖掘,找到了内在规律。研究结果表明,优化后的进气和排气百叶窗在提高防护能力的同时,提高了散热性能。     

某飞行器弹翼颤振分析

分析某飞行器弹翼的颤振问题,首先建立弹翼有限元模型,计算弹翼模态,根据试验结果,对模型进行修正;用NASTRAN计算单独弹翼和全弹翼的颤振速度和颤振频率,用偶板子格网法计算亚声速非定常气动力,将模态计算结果插值到气动网格上,编程计算弹翼的颤振速度,并与NASTRAN计算结果对比.分析表明,弹翼在飞行速度范围内不会发生颤振.     

共享遗传算法的搜索精度

共享机制赋予了遗传算法在一次搜索过程确定目标函数多个极值点的能力。本文着重研究共享遗传算法的搜索精度问题。通过对共享遗传算法建立概率模型 ,本文得到了共享遗传算法搜索精度不一定会随群体的不断进化而任意减小的结论。对于只进化有限代数的算法 ,本文分析了一类常用共享函数中算法参数和目标函数形状对算法搜索精度的影响 ,提出了有利于提高搜索精度的算法设计准则     

导弹气动弹性稳定性分析

以某导弹为例,从颤振和气动伺服弹性两方面对导弹气动弹性稳定性进行了分析研究.在颤振分析中,开展了全弹结构动特性计算,采用超声速偶极子格网法计算了高超声速非定常气动力,对导弹部件和全弹进行颤振计算分析,对空气舵舵系统刚度设计提出了要求.在气动伺服弹性稳定性分析中,建立了导弹俯仰通道气动伺服弹性运动方程,采用Nyquist方法分析了闭环系统的稳定性和稳定裕度.     

基于模拟退火算法的全地形车发动机悬置系统参数优化

建立了全地形车发动机悬置系统多体动力学模型,利用Matlab编程分析了该悬置系统各阶固有频率和模态能量解耦情况,发现对全地形车整车振动影像最大的Z向能量解耦率仅有73．11％;采用模拟退火算法,以能量解耦为目标,以各阶模态能量百分比占优方向上的能量解耦率最大为目标函数,以悬置元件的三向刚度为优化设计目标,建立了Isight集成Matlab优化模型;优化结果表明：优化前后固有频率变化很小,但z向解耦率大幅提高到96．87％,非常有利于全地形车整车振动控制。     

基于CSD/CFD舵面气动力流固耦合仿真分析

空空导弹空气舵面与气动力存在流固耦合作用。采用ANSYS Workbench 14.5对空气舵面与气动力进行了流固耦合仿真分析,研究了攻角和马赫数对舵面振动位移的影响。研究表明,舵面振动位移频率受攻角和马赫数的影响较小,舵面振动位移幅值随攻角和马赫数的增大而增大,并呈非线性关系。低马赫数范围内,飞行速度的变化对舵面振动位移的影响更为明显。攻角为30°,马赫数为3时,舵面振动位移曲线更趋向于等幅振动,舵面趋向于颤振临界状态。     

导弹姿控系统设计的进化多目标优化算法

在进行固体导弹的姿控系统设计时,对高频弹性模态通常采用鲁棒性较强的幅值稳定。弹性模态的响应频率相对刚体的显得较低,增加了控制器参数调试的难度,因为高频弹性模态的鲁棒稳定性要求与低频刚体的性能设计要求往往是冲突的。在对控制器低频段的幅相特性进行约束的条件下,针对控制器的高频幅值以及闭环系统的阶跃响应输出偏差积分值这两个优化目标,采用进化多目标优化算法NSGA-II进行了控制器参数的优化选取,在最后优化所得的非劣最优解集中能够得到一组满意的控制器参数。     

高速列车车体底盘连接板高速高效加工方法

针对高速列车车体底盘连接板的加工问题,提出一种高速高效的加工方法。基于工艺系统模态分析和铣 削过程动力学模型分析,采用切削加工中的再生颤振理论,对加工过程的颤振稳定域进行仿真,给出与铣削加工过 程工艺参数相关的颤振稳定域结果;在动力学仿真计算的基础上,以主要的加工工艺参数主轴转速、进给量、轴向 切削深度、径向切削深度为设计变量,以最小加工时间为优化目标进行优化计算,得到满足一定优化目标和优化条 件的工艺参数,重点以数控加工工艺参数的优化选择、金属材料去除率增加为目标的数控高速高效加工。结果表明, 该方法可形成铝合金高效切削数据手册、铝合金典型零件高效数控加工的程序和工艺规范。     

基于文化粒子群的图像配准优化算法

针对图像配准中采用互信息作为配准相似度函数存在配准精度小和收敛速度慢等问题,构造了一个基于最大化互信息的配准测度函数。结合一种适用于图像自动配准的文化粒子群优化(CPSO)算法,给出了一种新的图像配准算法。该算法将搜索空间设置成群体空间和信念空间,群体空间采用自适应粒子群算法完成进化,信念空间通过更新函数来进行演化。群体空间的粒子群不仅通过跟踪个体极值和全局极值来更新自己,还通过不断与信念空间中的优秀个体交互,加快群体的收敛速度。这就克服了图像配准中计算量过大、搜索速度慢等问题。大量实验表明,与现有的粒子群优化（PSO）算法配准算法相比,文中提出的算法具有较好的鲁棒性和配准精确率。     

导弹舵面的复合材料设计与分析

针对导弹武器所追求的降低结构质量、提高有效载荷和战斗力的目标,将某型导弹金属舵面进行了复合材料化设计。通过工程算法对该舵面结构进行三向刚度的等代设计,初步给出适当的复合材料铺层方式。利用有限元法对初步设计复合材料舵面进行了计算分析并优化出最佳铺层方式。基于刚度、强度、稳定性设计要求,开展了舵面结构复合材料铺层及厚度等细节优化设计,给出了复合材料舵面结构尺寸及铺层角度。对比分析金属舵面与复合材料舵面,发现在刚度等效的情况下,强度满足要求,稳定性良好,重量减轻一半左右。     

导弹舱段连接分离面的试验建模和参数识别法

如何建立合理的简化模型,在弹体结构动力分析中考虑分离面刚度削弱的影响,是设计中的重要课题。本文讨论舱段分离面的试验建模方法,提出等效梁段,等效弹簧和两者混合的五种简化模型,分别给出它们的传递矩阵表达式,然后采用以模态试验为基础的优化方法作刚度参数估值。应用上述方法完成八种常见的分离面连接形式的刚度参数识别,对结果作了比较和评价。最后给出某导弹弹体考虑分离面影响的模态参数计算实例,表明方法的有效性和实用性。     

分体式空气舵系统结构设计及试验研究

针对发动机/弹体结构一体化设计带来的整体式空气舵系统无法实现装配、结构尺寸过大导致全弹阻力增大及舵机冲击环境恶劣等问题,提出了分体式空气舵方案,开展了支撑刚度、传递刚度、轴承超载及预紧设计及试验验证等工作,解决了小尺寸舵系统设计及装配问题,有效降低了全弹阻力及舵系统冲击载荷。试验结果表明,与传统的整体式空气舵方案相比,分体式空气舵方案各项指标均满足要求,大大提高了空气舵系统设计的灵活性,提供了一种空气舵系统设计的新思路。     

超声速全动翼面热颤振特性分析

使用热刚度计算理论,进行了不同温度场和不同结构材料的热颤振特性研究.通过热应力分析理论,获得结构在不同温度场作用下的热模态,应用Van Dyke活塞理论计算高超声速非定常气动力,采用p-k法进行颤振求解.通过对相同结构形式、不同温度场和不同材料的翼面结构进行热颤振特性对比,得出热应力对结构的影响.