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- 航空航天装备的轻量化：挑战与未来
- 作者： 张卫红 唐长红 来源： 航空学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空航天装备 轻量化设计与制造 高性能制造与装配 材料与结构技术 装备总体技术
- 描述： 轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题，它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里，一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用，不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而，随着新一代装备对综合性能和多功能需求的不断增加，现有的轻量化设计制造技术正面临着日益严峻的挑战。因此，本文重点探讨了航空航天装备研发的总体设计、机电系统设计、材料与结构、高性能制造与装配等主要环节，并分析了轻量化技术在未来的发展趋势。
- 大型飞机气动载荷向有限元节点等效分配的方法
- 作者： 张建刚 孙仁俊 唐长红 来源： 力学与实践 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 气动载荷 薄板样条 有限元节点
- 描述： 将气动载荷分配到有限元节点上是工程实际中的一项重要而繁琐的工作.对于二维的翼面气动载荷,根据原始的气动压力点的压力值,采用样条曲面拟合的方法,拟合得到翼面压力分布曲面,由该曲面得到有限元节点上的压力值,再在有限元模型单元上积分得到有限元节点载荷供强度设计使用.大型飞机具有复杂的增升装置,增升装置的气动载荷可能是三维的,对于三维的翼面载荷,直接在气动网格上积分得到气动载荷的小块集中力,然后按照沿某一方向投影的方法,找到该集中力作用的单元,最后按照二次规划的方法,将其分配到有限元节点上.
- 基于先进激光加工技术的下一代航空发动机跨尺度整体式承力薄壁构件设计方法与应用
- 作者： 张少平 郭会明 高彤 张卫红 来源： 航空学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 中介机匣 激光加工 增材制造 拓扑优化 点阵结构 多尺度结构
- 描述： 由宏观骨架-细观点阵-微观表面构成的多尺度整体式结构是一类极具高性能、多功能、轻量化潜力的新型结构形式，日渐成熟的先进激光加工技术不仅极大提升了高性能结构的制造能力，也为新型复杂结构的制造提供了可能。在简要总结宏观骨架、细观点阵、微观表面设计与制造现状基础上，提出了以先进激光加工技术为制造手段的多尺度整体式结构设计方法。以中介机匣为例，采用拓扑优化技术设计了主承力骨架结构，通过在拓扑优化低密度区域或低应力区域填充可制造点阵的方式完成了轻量化点阵设计，与实壁铸造件相比减重20%以上；在流道表面设计了导流减阻微沟槽结构，采用超快激光表面刻蚀加工，仿真模拟表明微沟槽减阻效果超过10%。采用先进激光加工技术开展了多尺度整体式结构设计的应用探索，为下一代航空发动机结构研制提供了可供借鉴的新途径。
- 面向增材制造的航空发动机外部系统支架拓扑优化设计
- 作者： 孟亮 仲明哲 李文彪 夏凉 高彤 朱继宏 张卫红 来源： 中国机械工程 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 多载荷工况 增材制造 拓扑优化 变密度法 外部系统支架
- 描述： 增材制造样件的力学试验表明：面向增材制造的支架设计较初始结构质量减小约15%,刚度增大约20%,一阶固有频率提高约15%,结构强度显著增大。该方案实现了1个外部系统支架、2个管路支架和4颗铆钉的一体化增材制造，有效提升了发动机装配质量和效率，顺利通过地面静载和发动机点火试验。
- 典型飞机壁板结构的抗屈曲优化设计与试验验证
- 作者： 孟亮 杨金沅 杨智威 高彤 刘洪权 张卫红 来源： 航空学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 加筋壁板 端部支持系数 结构优化 屈曲分析 临界屈曲载荷
- 描述： 加筋壁板是飞机机身和机翼中常见的典型承力结构，其在轴压和机身弯矩载荷作用下极易发生屈曲失效，严重制约飞行器安全性能与服役周期。飞机结构静强度校核时多采用经验公式进行工程计算，其中加筋壁板结构承载能力的工程计算与机身框结构端部支持系数的选取密切相关。现有飞机型号研制中端部支持系数的选取通常较为保守，结构安全裕度大、质量冗余，阻碍了飞行器轻量化水平的进一步提升。为此，首先基于欧拉长柱失稳理论，建立了基于切缝法的典型飞机壁板结构端部支持系数仿真计算模型；同时深入分析了端部支持系数与加筋壁板结构和支撑框段的耦合作用关系；进一步地，分析了框、长桁等结构特征参数对端部支持系数的影响规律，并分别开展了框、长桁-蒙皮以及框-长桁-蒙皮协同优化的飞机壁板结构抗屈曲设计；最后，基于增材制造缩比样件和轴压屈曲试验，验证了典型壁板结构抗屈曲优化设计方法的有效性。所建立的仿真分析模型和优化设计方法实现了飞机壁板结构抗屈曲性能的有效提升，对进一步提升飞机性能指标具有重要意义。