Harmony SE在民用飞机设计中的应用

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计的开发周期与成本,探究以模型驱动及验证为主导的系统工程方法在民用飞机设计领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程框架,用以支持民用飞机的可靠设计与高效交付。以Harmony SE建模方法为切入点,介绍其工作流程和建模思想;分析民用飞机在系统工程实践中出现的突出问题,说明Harmony SE方法在民用飞机系统工程领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程实践体系;以油箱增压组件为研究对象,应用实践体系开展组件级系统工程实践。结果表明,文中所提出的民用飞机设计系统工程体系和方法能够正确合理地分配设计需求并建立完整的系统模型,有助于提升现阶段民用飞机设计的效率与准确性。     

基于随机有限元法的平面多裂纹结构可靠性研究

在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合可靠性分析中的应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了多裂纹结构的裂纹失稳扩展可靠性模型。当结构处于平面应变状态时,极限应力强度因子可以直接采用材料断裂韧性,当结构的厚度不能满足平面应变状态要求时,必须将材料平面应变断裂韧性转换为能适用的极限应力强度因子;对于各裂纹的应力强度因子及其分散性,可以通过随机有限元方法计算得到。     

引信机构防雨可靠性分析

针对引信碰雨导致炮弹早炸事故的发生,在机构简化和可靠性理论分析的基础上,结合引信机构防雨故障原因分析,提出了3类失效模式:防雨杆动强度失效、防雨杆共振失效、支筒提前压溃失效;并建立了相应的可靠性模型,给出求解方法。然后以典型引信机构为例,基于有限元仿真软件Abaqus提供的SPH方法,建立雨滴撞击防雨杆模型,获得了雨滴碰撞防雨杆动响应值及雨滴剩余能量值,开展了可靠性计算工作。论文工作可为引信防雨机构设计提供参考。     

机构卡滞与定位可靠性分析

通过机构典型故障的统计分析展示了机构卡滞与定位可靠性分析的重大意义,阐明了如何从总的分析过渡到具体的卡滞、定位可靠性分析。提出了粘着磨损卡滞、变形过大卡滞等6种类型的机构卡滞可靠性分析方法及错位、运动传输中断等4种类型的机构定位可靠性分析方法。文中附有算例阐明所提出的方法。     

基于乘员响应的民机典型机身段结构适坠性分析与评估

保护乘员的生命安全是飞机适坠性设计的最终目标。为了更为准确的模拟乘员在坠撞过程中的动响应及伤害情况,利用LS-Dyna构建了包含假人及座椅约束系统的机身段坠撞仿真模型,对机身段在垂向撞击速度为9. 14 m/s时结构及乘员的动响应进行了详细分析,包括机身结构的吸能特性及破坏模式、舱内设施的系留状况、乘员的运动及伤害情况等,并通过与试验数据的对比验证了坠撞仿真模型的可信性;最后,开展了民机适坠性评估方法研究,通过对相关适航条款、咨询通告及标准的解读和梳理,提出了以生存空间、系留强度、乘员伤害、撤离通道和坠撞后环境为考核指标的民机适坠性综合评估方法。机身段适坠性分析表明,垂直坠撞环境下乘员的伤害模式主要为腰椎和小腿伤害,坠撞过程中乘员腰椎最大压缩载荷为6. 78 kN,小腿胫骨最大轴向压缩载荷为7. 46 kN;利用提出的适坠性综合评估方法对所构建民机的适坠性进行了系统评估,可知其适坠性较好,除乘员腰椎载荷稍微超出适航规定值而需要进行相应的设计改进之外,其余评估指标皆符合要求。     

基于卡阻约束的襟翼结构优化设计研究

通过对飞机襟翼卡阻可靠性分析,把对卡阻失效起主要作用的前梁、前缘蒙皮及内端肋作为优化对象,根据适航条例要求计算出失效点处的临界卡阻约束位移;基于MSC.Patran & Nastran软件对襟翼结构进行卡阻约束下的优化,得出满足卡阻约束条件下的襟翼结构优化设计方案.     

航天飞机考虑意外损伤时防热系统的健康管理研究

防热系统健康管理是航天飞行器的关键技术之一.文中提出通过监测防热系统的关键性能指标,分析评估系统状态的航天飞机防热系统健康管理方法,论述航天飞机防热系统健康管理的概念和健康监测的原理,从考虑意外损伤的角度探讨防热系统健康监控的有关问题.利用ANSYS软件模拟遭受不同程度损伤的防热瓦在再入过程中的温度分布情况,并进行比较分析与讨论,论证方法的可行性.     

装备修理级别与备件库存联合优化模型研究

在进行装备修理级别(level of repair analysis,LORA)及备件库存求解时,普遍采用二者单独优化得到各自费用最小值,而二者和不一定最小。针对该问题,以装备可用度为约束条件,装备LORA与备件库存费用之和最低为优化目标,结合多等级多层级备件库存分配建模理论(VARIMETRIC),构建了一个三层两级的非线性联合优化模型。在此基础上,分析了备件库存费用与LORA中可变费用的关系,设计了一种迭代-贪婪启发式算法对模型进行求解。相比对修理级别及备件库存单独进行优化,所提出的联合优化方法可节约维修费用。     

老龄飞机多部位损伤结构的剩余强度研究

对老龄飞机的多部位损伤壁板进行剩余强度估算时,应同时考虑裂纹间的相互影响和裂纹的扩展问题。基于Dugdale型裂纹的Swift连通准则,结合扯裂断裂准则,论文提出了应用应力函数交互迭代方法来研究MSD壁板的剩余强度问题,并做了算例阐明。本文所提方法的分析结果与试验值相比平均相对误差和标准差分别为-1.46%和0.069,符合得较好。     

复杂构型凸轮机构磨损可靠性分析

凸轮机构在机械传动系统中具有广泛的应用性,而磨损是导致凸轮传动失效的主要原因之一。针对这一现象,针对复杂轮廓外形的分时凸轮机构,在系统可靠性的理论基础上提出了相应的磨损可靠性分析方法。以某型飞机手柄机构的分时传动凸轮为例,考虑到其运动规律根据凸轮轮廓变化的分段相异性,分别计算了其三运动阶段下的磨损失效概率,根据系统可靠性理论得到凸轮整体的磨损失效概率。在此基础上分析凸轮尺寸变量对磨损失效概率的影响,其分析结果可为工程设计提供有益参考。