典型航空材料切削加工的有限元建模与仿真研究

作者： 秦宇   来源： 大连交通大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铝合金　　钛合金　　切削过程模拟　　切屑形态　　参数化建模  

描述： 仿真模块准确性的同时,利用该模块分别对铝合金7050-T7451和钛合金Ti-6Al-4V的切削过程进行模拟,仿真结果揭示了切屑的形成过程和切削力的变化规律。借助金属切削理论,研究了刀具前角和切削速度对

A-SMGCS航空器滑行路由规划及三维仿真研究

作者： 唐勇   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 空中交通管理　　A   SMGCS　　滑行路由规划　　实时路由调整　　三维仿真　　多Agent系统　　Petri网  

描述： 随着航空运输业的高速发展,机场场面交通量不断增大,机场规模更加庞大、结构更加复杂,雨雾等低能见度天气对场面运行的影响也日益增大,场面运行不安全事故频发和运行效率低下问题逐渐突出,机场越来越成为制约航空运输进一步发展的瓶颈。传统依靠管制员人工管理场面运行的方式已经无法适应大型机场的运行要求,为了解决场面运行安全与效率问题,国际民航组织提出先进场面活动引导与控制系统(Advanced Surface Movement Guidance and Control System,A-SMGCS)概念,利用各种场面监视新技术和计算机自动控制手段实现对场面运行的自动化管理。路由规划作为A-SMGCS定义的四项基本功能之一,是保障航空器在场面进行安全、高效和有序活动的重要手段。同时,A-SMGCS作为一个与安全直接相关的大型复杂系统,在投入实际运行前必须进行大量的三维仿真测试和验证,并且路由规划结果的合理性也可以通过三维仿真得到直观验证。本文主要针对A-SMGCS航空器滑行路由规划问题和A-SMGCS三维仿真问题(包括三维航迹仿真和三维场面活动仿真)展开研究。深入分析了A-SMGCS航空器滑行路由规划问题和A-SMGCS三维仿真问题的研究现状、发展趋势及其最新研究成果,系统介绍了A-SMGCS研究基础,对A-SMGCS概念、发展历史、功能需求、国内外研究现状等进行了详细介绍。研究了航空器滑行路由规划NP难问题,提出一种基于空闲时间窗的路由规划方法,解决滑行路由优化性和计算量之间的矛盾。首先,提出一种滑行资源图模型对场面滑行区进行建模,解决了现有的有向图模型过于简单无法充分刻画场面运行过程、Petri网模型过于复杂增大了路由规划计算量问题。其次,按飞行计划为航空器设置滑行优先级,按优先级顺序依次规划路由,后规划的路由不破坏已有路由,利用滑行路段的空闲时间窗进行规划。每次只需为一架航空器规划滑行路由,降低了问题求解难度;通过搜索空闲时间窗获得路由使得场面交通均衡分布,保证了路由规划的整体优化性。分析了空闲时间窗特性,指出空闲时间窗可达性条件和避免同步资源交换冲突条件。其次,应用多Agent系统方法,设计了航空器滑行路由规划多Agent系统,把建立、维护和搜索空闲时间窗图的复杂集中式求解过程,简化为通过路由管理Agent、航空器Agent和资源节点Agent相互协作,实现对场面路由规划问题的分布式求解。最后,利用Anylogic开发了航空器滑行路由规划多Agent系统,并进行了仿真实验,结果表明与固定预选滑行路径算法相比,航空器平均滑行时间显著减少且规划的航空器越多节省平均滑行时间效果越明显。研究了航空器滑行路由实时优化调整策略问题,提出一种基于优先级的滑行路由调整方法,解决运行阶段路由计划调整实时性和优化性之间的矛盾。首先,把航空器按规划时间窗通过路段抽象成航空器对各个路段的访问优先级,通过对延迟航空器进行惩罚降低其访问优先级避免延迟传播,减少对路由计划整体优化性的影响;只需要调整航空器访问滑行路段的优先级次序,不需要重新计算航空器访问滑行路段的时间窗,减少了计算量,保证了路由调整的实时性。其次,分析了通过改变优先级调整路由计划可能导致的两类场面滑行冲突:对头冲突和循环等待冲突。提出一种面向机场滑行资源的着色Petri网模型对场面运行过程进行建模,通过分析模型中链路和回路等特殊结构的状态特性,判断改变优先级是否会导致滑行冲突。只在不导致冲突的情况下才能调整优先级,否则保持优先级不变,等待延迟的高优先级航空器先通过滑行路段。最后,给出航空器无冲突滑行充分条件及优先级调整策略,并通过算例仿真对调整策略的有效性进行了验证,结果表明算法控制规则简单,适于实时控制。研究了三维航迹仿真问题,提出以Google Earth为航迹仿真平台,利用Google Earth提供的COM API接口进行嵌入式二次开发,利用KML语言描述航空器三维航迹,并与Google Earth免费提供的地形数据、卫图数据和航图数据等GIS数据进行集成显示,实现航空器在全球任意位置的三维航迹仿真,简化了开发难度,节约了开发费用。为解决COM API开放接口有限,不能在嵌入的三维地图窗口中控制鼠标和键盘的问题,提出利用钩子编程技术截获鼠标、键盘消息进行处理,实现对三维航迹的操作控制功能。以ADS-B为监视数据源对仿真系统进行了测试,结果表明开发的三维航迹仿真系统能直观有效仿真航空器三维航迹。研究了三维场面活动仿真问题,提出以开源模拟飞行器Flight Gear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,设计了一个Linux平台下的机场场面活动三维仿真系统。系统以成都双流国际机场为原型进行机场布局设计,航空器、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少航空器姿态信息,提出了一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据航空器前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过Flight Gear多机网络数据接口导入航空器位置数据与姿态数据驱动航空器模型运动,实现了对航空器运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确仿真机场场面三维活动情况。由于完全基于开源软件设计,低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。

基于非结构有限元的频率/时间域航空电磁系统仿真研究

作者： 张博   来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 二/三维   任意各向异性   频率域/时间域   航空电磁   面向目标自适应   非结构有限元法  

描述： 航空电磁法(AEM)作为一种高效的地球物理勘查手段,因其无需地面工作人员接近勘查区域,特别适合沙漠、高山、湖泊、沼泽等地形条件复杂地区的地球物理勘探任务。近年来,随着对航空电磁高分辨率、大勘探深度等特点认识的不断深入,航空电磁法在矿产资源、地下水及环境工程等众多领域获得了广泛应用。目前,航空电磁数据主要使用一维成像和反演技术进行处理,即假设地下介质为层状介质模型,对航空电磁数据进行反演成像。然而,通常情况下地下介质分布十分复杂,将三维模型近似为简单一维模型进行处理往往给航空电磁数据解释结果带来较大误差。因此,在对航空电磁数据进行一维数据处理的同时,有必要对重点勘探靶区进行精细的二维和三维反演解释。航空电磁正演是航空电磁数据反演解释的基础。有效的正演算法能够提高航空电磁响应的计算速度、改善计算精度,进而为提高航空电磁二、三维反演的有效性提供前提。本文系统研究了频率域和时间域航空电磁二、三维正演算法,分析研究了各向同性和任意各向异性介质地电模型的航空电磁响应特征。由于非结构网格能够拟合任意不规则物性分界面,而有限单元法能够模拟任意复杂模型的电磁响应,本文使用基于非结构网格的有限元实现了航空电磁正演模拟算法。该算法能够高精度地模拟起伏地表等复杂模型的航空电磁响应。有限元正演模拟的精度很大程度上决定于网格剖分,为了得到合理的非结构网格剖分,提高正演算法的效率和精度,本文系统研究了针对航空电磁正演模拟的面向目标自适应算法。为克服电磁场在源周围变化十分剧烈造成的解不稳定问题,提高本文算法对航空电磁响应的模拟精度,在正演过程中对一次场和二次场进行了分离,利用一次场代替源项,直接求解源附近变化速度相对缓慢的二次场。对于二维航空电磁正演模拟,本文对空间域的麦克斯韦方程组进行了Fourier变换,将空间域中的问题转换到波数域进行求解。鉴于该算法直接求解沿模型走向方向的电磁场分量,场在物性分界面上始终满足连续性条件,本文选择使用标量形函数推导有限元方程组。对于三维航空电磁正演问题,本文直接在空间域对电磁场满足的矢量亥姆霍兹方程进行求解。由于三维问题直接求解的电磁场在物性分界面上无法始终满足连续性条件,而标量形函数在各个单元内无法满足散度条件,本文选择使用矢量形函数推导有限元方程组。利用稳定性好且计算精度高的直接求解器MUMPS和Pardiso求解大型线性方程组,本文得出了二、三维航空电磁问题对应的节点和棱边上的电磁场响应。二维模型的航空电磁响应可利用反Fourier变换由波数域电磁场得出,而时间域电磁场则可由频率域电磁场经过Hankel变换得到。针对航空电磁自适应问题,首先,本文改进了后验误差估计算法。由于散射场对应的电流密度在物性分界面上不满足垂向分量连续性条件,本文利用电流密度实部垂向分量连续性推导了适用于散射场的后验误差估计公式;其次,本文修改了加权后验误差计算公式,通过在公式中对多个频率的加权后验误差进行加和,克服了传统加权后验误差计算公式仅适用于单个频率电磁自适应正演模拟的缺陷,推导出针对航空电磁多频发射的加权后验误差计算公式。在数值模拟部分,本文首先利用二维正演模拟结果分析了二维起伏地表模型垂直走向方向上的航空电磁响应特征。计算结果表明,起伏地表模型航空电磁响应的曲线形态与地形之间存在镜像关系,地形对频率域航空电磁响应的影响主要发生在高频段,而对时间域航空电磁系统的影响主要发生在早期时间道。然后,本文分析和总结了三维起伏地表模型在测区上方的航空电磁响应特征。计算结果表明,高频信号的虚部刻画地形细节的能力较强,而低频信号实部能够很好地反映具有一定埋深异常体的响应特征。B场和d B/dt场对地下介质分辨能力存在一定差异,对B和d B/dt电磁数据同时进行处理有利于揭示更多地下介质分布信息。对于提出的面向目标自适应算法,本文通过分析网格剖分和正演模拟响应,论证了网格剖分的合理性和算法的正确性。同时,本文通过模型试验得出三维航空电磁网格剖分应当遵循的规律:航空电磁发射信号频率越低、地下介质电阻率越高,则网格剖分范围应越大,对网格剖分的细致程度可适当降低;反之,发射频率越高、地下介质电阻率越低,则网格剖分范围可适当减小,而对网格剖分精细程度要求越高。最后,本文对任意各向异性介质起伏地表模型的三维航空电磁响应进行了分析,总结了各向异性介质对航空电磁响应的影响特征:异常体各向异性对高频及早期时间道航空电磁响应影响较小,但对低频及中晚期时间道航空电磁响应影响较大;围岩各向异性对高频和低频及早期和中晚期时间道航空电磁信号均存在影响;无论对频率域还是时间域航空电磁响应,围岩各向异性电导率张量的旋转均会导致起伏地表模型响应形态的变化,这种变化的规律为各向异性电导率张量旋转方向的定性分析提供了前提。本文研究成果可为航空电磁异常识别及复杂模型二、三维反演奠定理论基础。

某型飞机起落架着陆缓冲算法与联合仿真研究

作者： 钟琳   来源： 沈阳航空航天大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 滑模控制   模糊控制   飞机起落架   磁流变阻尼器   联合仿真  

描述： 飞机起落架是飞机机载系统的关键部件之一。在飞机安全着陆的过程中,飞机与地面之间会产生强烈的震动和较大的冲击载荷,起落架的缓冲系统正是起到吸收和消耗这些巨大的撞击能量的作用,因此飞机起落架缓冲系统的优劣将直接影响飞机的安全性、舒适性。现代大多数飞机都采用油气式被动缓冲系统,但其调整范围是有限的。新型智能材料磁流变液具有较好的连续性,可逆性,频率响应为毫秒级,半主动控制方式的磁流变减震器能有效改善起落架着陆缓冲性能。本文依据某型号飞机起落架为研究对象,对比磁流变阻尼器与被动油气式缓冲系统的减震效果,应用半主动控制的磁流变阻尼器代替油气式缓冲系统的研究方法。本文使用机械动力学仿真软与MATLAB联合仿真的方法。首先,应用虚拟样机技术ADAMS动力学仿真软件对某型号飞机起落架进行建模,设置接口状态变量;然后,在MATLAB/SIMULINK中搭建滑模控制算法以及模糊控制算法对磁流变阻尼器进行半主动控制;最后,进行联合仿真。首次完成基于滑模控制的联合仿真,从而能避免单纯的使用控制算法仿真的计算模型过于简化的问题,能够把磁流变起落架落震的工作状况更真实的反映出来,提高了可视化程度,并且能提高系统的验证精度,得到了很好的效果。

航空增压汽油机进气流动及燃烧过程的多维仿真研究

作者： 陕芳芳   来源： 北京交通大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 进气流动   优化   燃烧过程   汽油机   多维仿真  

描述： 航空增压汽油机为研究对象,对其进行了进气流动及燃烧过程的多维仿真研究。本文首先应用AVL FIRE建立了该型汽油机进气-压缩-燃烧过程的仿真模型,通过与样机性能参数的对比,对仿真模型进行了验证。针对零

基于盲信号处理技术的航空发动机故障检测与诊断仿真研究

作者： 冯志彬   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 盲信号处理   盲源分离   故障检测与诊断  

描述： 本文主要是针对航空发动机的故障诊断提出的。本文的研究提高了航空发动机的故障诊断能力,为预防事故,保障飞行安全可靠,打下了良好的基础。本文的研究在国防建设中具有重要的意义。 航空发动机工作在高温和高速的状态下,极易发生故障,因此建立航空发动机的故障诊断系统,监控发动机的工作状态,实现发动机故障的快速诊断是航空发动机可靠性研究的重点。故障诊断具有五十多年的历史,而盲信号处理(简称BSP)是最新发展起来的故障诊断方法。应用盲信号处理技术可以提高发动机的故障诊断能力。 本文采用基于盲信号处理的故障振动盲源分离技术,成功实现了航空发动机振动信号的盲源分离。

X-8航空发动机燃油调节系统建模仿真研究

作者： 陈宏亮   来源： 西北工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机   建模仿真   燃油系统   AMESim   调节系统  

描述： 建模仿真是对航空发动机机械液压燃油调节系统进行性能分析和改进的重要研究方法，不仅具有省时、省力、省费用等优点，还对提高设计、维护水平具有重要作用。 本课题作为航空推进技术验证计划(APTD计划)的子课题研究项目，旨在建立一套基于新的机械液压系统建模

航空发动机变比热容热力计算和系统级仿真研究

作者： 韦福   来源： 上海交通大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 系统仿真   航空发动机   模块化建模   变比热容  

描述： 航空发动机是一种非常复杂的非线性系统。它由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等部件组成。涉及到流体力学、空气动力学、材料力学、传热学、燃烧、控制、电机等学科。传统设计中，先生产每一部件，然后组装起来并进行测试，再设计……这样一个反复迭代的过程耗费大量资金和宝贵时间。随着计算机技术的发展，计算机仿真已成为航空发动机研究中的得力工具。利用它可以优化设计，提高设计水平，减少试验工作量和发动机的数量，降低成本和研发周期等。 本文利用Modelica语言面向对象、非因果联系和多领域等特点，结合模块化建模仿真的思想，在已有的模块库的基础上，进一步地，建立和完善仿真程序库，同时，通过容积法，在Dymola平台上进行系统级仿真。这样可以避免传统的迭代计算中，方程组线性化难以及高阶计算不易收敛的困难。其中，对压气机和涡轮模块的计算，采用基于典型特性图的缩放方法进行计算，避开直接利用特性图或特性方程进行仿真（前者试验数据难获得，后者是过于依赖样机），对仿真计算结果的分析表明，只要缩放系数不是很大，得到的结果是合理的，而且具有通用性。 此外，为了得到更精确的仿真计算结果，模块数学模型还采用了变比热容的热力计算方法。航空发动机中，工质比热容是温度、压力和组分（燃气）的复杂函数，其中压力对比热容的影响很小。气体经过燃烧室和燃油混合燃烧后，生成的燃气由多种不同性质的物质组成，而且随着余气系数不同，其成分及比例不同，物性也不一样，如果都考虑每种气体的比热容就会给计算带来困难。为了计算方便，将系统的工质分为空气和纯燃气（由燃料与理论空气量完全燃烧而成的）的混合，分别考虑他们的比热容。如果是燃烧室前的模块，比如进气道、压气机等，可把其工质看成燃气为零的混合气体（纯空气）。一般的比热容是按照空气和纯燃气的比热容根据质量分数关系线性组合而成的。然后对每一模块建立变比热容的数学计算模型，同时以单轴涡轮喷气式发动机为算例进行计算仿真，跟用软件Gasturb和定比热计算的结果相比较，证明变比热的计算结果合理性和更接近物理实际以及有推广应用的价值。 最后，利用已有的模块库，对常见的发动机系统，比如涡轮喷气、涡轮轴、涡轮螺浆、涡轮风扇等进行系统建模仿真，并对它们进行设计点和非设计点的热力计算。非设计点仿真计算包括速度特性、高度特性和节流特性的计算，还有过渡工作状态，比如启动、加速、减速、接通加力与断开加力等仿真。从计算结果的分析和与GasTurb的计算相比较中可以看出利用Modelica/Dymola进行建模仿真的方法具有有效性、通用性、合理性、可行性和便捷性等。

基于Petri网的航空制造企业技改项目管理仿真研究

作者： 孙兴村   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 技改项目管理　　Petri网　　建模　　仿真  

描述： 航空制造企业是我国发展空域国防的重点建设单位之一，为航空装备的自主化研发、生产工艺的提升，国家每年都投入巨资在航空制造的技术改造项目上，如何进行资源分配，如何缩短技改项目的工期，是当前技改项目关心的重要问题。随着计算机仿真技术的兴起，将仿真技术应用于项目管理也渐渐被重视，通过模型仿真的定性分析探索项目各因素之间的影响关系，定量分析则提高了管理决策的准确度。Petri网是一种可用图形表示的数学对象，适合描述以资源流动为特征的系统，为描述和研究具有并行、分布式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。 本文首先介绍了项目管理相关理论和Petri网理论方法，为航空制造企业技改项目管理的分析和建模奠定了良好的理论基础；然后从项目管理实践层面对航空制造企业技改项目管理流程进行了分析，提炼出技改项目的特性，并简要说明技改项目遇到的问题；随后，根据项目活动中资源的性质，基于Petri网提出了消耗性资源和可重用资源分配机制，并提出了包含分配机制的资源池分配模型；最后，以航空制造企业某生产线技改项目为例构建了航空制造企业技改项目Petri网模型，并进行仿真分析，然后基于面向服务的框架提出了一个结合传统项目管理系统和Petri网仿真模型的实时监控仿真原型。

航空TC4异型材挤压残余应力理论分析及仿真研究

作者： 刘长栋   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： TC4钛合金　　挤压　　残余应力　　仿真  

描述： 的成形过程，进行了如下方面的研究工作： （1） 进行了TC4钛合金静态力学实验，获得了相关材料数据；分析了金属在高温下的流动应力、应变特性和对温度的敏感性，对高温金属材料的本构方程采用多元线性回归的方法进行