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航空学报 2025年第5期46卷 372-394页

作者：索涛李玉龙西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学极端力学研究院西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072 冲击动力学及其工程应用科技部国际联合研究中心西安710072 西北工业大学民航学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710072

在航空航天领域,飞行器在服役过程中难免遭受飞鸟的撞击,直接威胁着飞行安全,严重时甚至造成机毁人亡的灾难性事故。飞行器结构抗鸟撞设计时,冲击动力学问题的复杂性导致必须把设计、分析、数值仿真和试验验证有机结合起来。受结构材料... 详细信息

在航空航天领域,飞行器在服役过程中难免遭受飞鸟的撞击,直接威胁着飞行安全,严重时甚至造成机毁人亡的灾难性事故。飞行器结构抗鸟撞设计时,冲击动力学问题的复杂性导致必须把设计、分析、数值仿真和试验验证有机结合起来。受结构材料动态性能及本构参数匮乏、试验方法及仪器装备能力不足等问题的制约,结构抗鸟撞设计周期长、效率低。近年来,西北工业大学冲击动力学研究团队围绕飞机结构抗鸟撞设计,基于积木式设计方法,在结构材料和鸟体动态性能及本构参数确定、连接结构动态失效行为、新概念抗鸟撞结构设计等方面开展了系列创新研究工作,并在国家重点型号飞机结构的抗鸟撞设计中得到了应用。

关键词：抗鸟撞设计积木式方法撞击能量疏导适航材料动态本构及失效连接动态行为

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飞机结构强度试验系统PID控制参数自整定技术

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工程与试验 2025年第1期65卷 13-16,63页

作者：王刚谢文娇尹伟赵洪伟米征宋鹏飞张革命中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065 中国航空工业集团有限公司北京100000 西安交通大学机械工程学院陕西西安710000

飞机结构试验是新机研制的主要环节之一。PID控制参数主要是通过人工经验试凑获得,参数整定效率偏低。在低载下进行整定,获得的PID参数不适合中高载荷情况,影响试验运行。针对此问题,本文以试验系统为研究对象,开发算法辨识了系统模型,... 详细信息

飞机结构试验是新机研制的主要环节之一。PID控制参数主要是通过人工经验试凑获得,参数整定效率偏低。在低载下进行整定,获得的PID参数不适合中高载荷情况,影响试验运行。针对此问题,本文以试验系统为研究对象,开发算法辨识了系统模型,并建立试验系统模型,通过仿真验证了辨识模型的合理性。基于辨识理论,通过Zeigler-Nichols方法,利用试验控制系统输入输出数据拟合控制传递函数,自动整定PID参数,为结构强度试验PID整定提供了理论指导。

关键词：试验系统力加载 PID自整定控制参数

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不同压剪比下复合材料加筋壁板屈曲行为及承载能力试验研究

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科技创新与应用 2025年第14期 84-87页

作者：彭新未高敏中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室

针对复合材料加筋壁板在压剪复合载荷下的稳定性设计难题，该文通过试验研究压剪比（R=压缩载荷/剪切载荷）对屈曲行为的调控机制。基于自研平直壁板压剪装置，构建包含6个压剪比工况的梯度化试验矩阵，绘制压缩和剪切屈曲载荷包线，并... 详细信息

针对复合材料加筋壁板在压剪复合载荷下的稳定性设计难题，该文通过试验研究压剪比（R=压缩载荷/剪切载荷）对屈曲行为的调控机制。基于自研平直壁板压剪装置，构建包含6个压剪比工况的梯度化试验矩阵，绘制压缩和剪切屈曲载荷包线，并针对压剪比为2的载荷工况对试验件进行破坏试验。试验结果表明，临界压缩屈曲载荷随压剪比增加，临界剪切屈曲载荷随压剪比衰减，使用自然底数的指数函数模型能够实现对包线的较好预测效果。试验件破坏主要由于蒙皮与长桁的大面积脱粘，后屈曲承载能力为屈曲载荷的1.45倍。该研究为复合材料主承力结构设计提供参考。

关键词：复合材料加筋壁板复合载荷压剪比屈曲承载能力

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基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法

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航空学报 2024年第3期45卷 160-168页

作者：张仡王彬文吴敬涛丛琳华陈宏李世平中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对高超声速飞机结构试验中大范围快速升/降温加载难题,提出了一种基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法。首先,形成了一种基于平板式石墨加热元件的超高温环境设计流程,提出了考虑加热环境的加热元件厚度设计与强度校核方法;其次... 详细信息

针对高超声速飞机结构试验中大范围快速升/降温加载难题,提出了一种基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法。首先,形成了一种基于平板式石墨加热元件的超高温环境设计流程,提出了考虑加热环境的加热元件厚度设计与强度校核方法;其次,针对快时变热载荷模拟需求,提出了基于加热元件与试验件解耦的快速升温方法,分析了封闭环境中强迫对流换热降温效率;最后,基于前述方法研制了大范围快时变热载荷模拟试验系统,并针对炭气凝胶试验件开展了超高温快速升/降温试验验证。研究表明,试验件表面温度响应与设计要求基本一致,无明显的温度变化滞后与变化缓慢现象。针对碳基材料平板试验件,试验系统可实现500~1800℃范围内的可控多次快速升温与快速降温,升/降温速率可达到10℃/s,为高超声速飞机结构热试验提供了技术条件。

关键词：热试验热载荷模拟石墨加热快速升/降温炭气凝胶

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光谱模拟器阵列辐照度分布等效计算方法

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航空学报 2023年第23期44卷 245-255页

作者：李昕昕王彬文张肖肖丛琳华吴敬涛中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对蒙特卡洛法计算光谱模拟器阵列辐照度时间过长的问题,基于解析法提出了光谱模拟器阵列的辐照度快速计算方法。首先,建立单个光谱模拟器的等效面光源温度分布模型,利用辐射传热定律建立关于面光源各离散点温度的线性方程组,求解得到... 详细信息

针对蒙特卡洛法计算光谱模拟器阵列辐照度时间过长的问题,基于解析法提出了光谱模拟器阵列的辐照度快速计算方法。首先,建立单个光谱模拟器的等效面光源温度分布模型,利用辐射传热定律建立关于面光源各离散点温度的线性方程组,求解得到等效面光源的温度分布,实现了具有复杂反射屏光谱模拟器的辐射传热模型简化。并将面光源和辐照面分别离散化为光源点和接收点,逐点计算辐照面各点接收到的辐照度。其次,进一步建立了光谱模拟器阵列绕x、y、z三轴旋转不同角度下的辐照度计算方法,提出等效面光源与辐照面相交时的照射范围判断依据。最后,将辐照度计算结果与试验结果进行对比,误差小于4%,证明等效面光源代替光谱模拟器计算辐照度具有一定的可行性。

关键词：光谱模拟器阵列等效面光源辐照度分布旋转角度照射范围

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复杂石墨阵列快速时变热耦合控制方法

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 232-239页

作者：王彬文郑瑶秦强中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

为了在高超声速飞行器结构热试验中准确模拟真实服役热环境,用快速时变热耦合控制方法对复杂石墨阵列进行控制.采用热耦合控制方法将瞬态热损失与瞬态黑体辐射量代入控制方程,实时获取试验件的真实热响应状态;研究了结构热试验热载荷典... 详细信息

为了在高超声速飞行器结构热试验中准确模拟真实服役热环境,用快速时变热耦合控制方法对复杂石墨阵列进行控制.采用热耦合控制方法将瞬态热损失与瞬态黑体辐射量代入控制方程,实时获取试验件的真实热响应状态;研究了结构热试验热载荷典型历程及石墨阵列控制响应特性,设计了基于结构热试验的专家PID控制策略,给出了复杂石墨阵列全历程分段控制参数;研究了石墨阵列的电特性,设计了时变限伏控制策略,提高了石墨阵列的可靠性;设计了一种多温区耦合补偿控制方法,减小了温区间的耦合干扰.结果表明:试验得到的温度曲线与理论计算曲线在快速升温段的最大误差为4.8%,平稳段的最大误差为1.4%,下降段的最大误差为2.3%;有效减小了控制系统的超调量,提高了系统响应速度;使用快速时变热耦合控制方法在某试验中对复杂石墨阵列进行控制,控制误差小于1.2%.

关键词：高超声速飞行器结构热试验复杂石墨阵列专家PID 耦合补偿控制

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基于波速区间的导波延迟累加损伤成像

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振动与冲击 2024年第17期43卷 232-236,245页

作者：刘国强王莉王霞光黎玮刘钢中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区... 详细信息

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区间的延迟累加成像方法。所提方法利用导波波速的估计区间,将导波损伤散射信号的一段用于延迟,并将该段延迟信号的最大值进行累加作为损伤成像值。通过对复合材料加筋板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。试验结果表明,所提方法能对损伤进行准确识别,且在鲁棒性方面要优于延迟累加成像方法。

关键词：导波损伤成像复合材料结构健康监测延迟累加

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民用飞机机身壁板复杂试验载荷优化技术

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航空学报 2023年第17期44卷 159-170页

作者：郭瑜超王立凯孙喜桂聂小华中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型... 详细信息

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型,并计算了各试验基准载荷作用下的机身壁板应变矩阵;其次,基于机身壁板在全机身受载状态下和试验受载状态下的应变矩阵之差,同时考虑矩阵中各元素的加权系数,构建了机身壁板应变误差矩阵,并以应变误差矩阵所有项的平方和最小为目标,以各基准载荷的系数为优化变量,以各基准载荷系数的上下限为约束,构建了基准载荷系数优化函数;基于罚函数法对优化函数进行了无约束处理,并利用最速梯度法进行了载荷系数优化;最后,基于优化得到的载荷,计算了机身壁板在试验复合载荷作用下的应变,并与机身壁板在全机身受载状态下的应变相对比,应变的分布趋势基本一致,应变误差在10%以内,证明该方法可以为机身壁板试验载荷的确定提供支持。

关键词：复合材料机身壁板试验装置应变误差矩阵试验载荷系数多维极值优化

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动作捕捉系统在全机静力试验中的应用

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今日制造与升级 2025年第1期 200-202页

作者：郭晓冬胡瑞麟肖志鹏中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

文章研究了将动作捕捉系统应用于全机静力试验中位移测量的可行性和有效性。通过在全机静力试验验证平台中部署动作捕捉系统,对飞机机翼的位移进行测量,并与传统的位移传感器的测量结果进行对比分析。结果表明,动作捕捉系统能够提供高... 详细信息

文章研究了将动作捕捉系统应用于全机静力试验中位移测量的可行性和有效性。通过在全机静力试验验证平台中部署动作捕捉系统,对飞机机翼的位移进行测量,并与传统的位移传感器的测量结果进行对比分析。结果表明,动作捕捉系统能够提供高精度、非接触式的全场位移测量,为全机静力试验提供了一种新的位移测量方案。

关键词：动作捕捉全机静力试验位移测量非接触式测量

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航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价方法

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航空学报 2024年第24期45卷 217-230页

作者：邹鹏杨钧超陈向明刘小川中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对目前国内外航空飞行器结构强度验证过程中所需的物理试验技术成熟度缺乏清晰、量化评价的问题,开展针对航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系研究。构建了航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系框架,定义了航空飞... 详细信息

针对目前国内外航空飞行器结构强度验证过程中所需的物理试验技术成熟度缺乏清晰、量化评价的问题,开展针对航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系研究。构建了航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系框架,定义了航空飞行器结构强度物理试验关键/体系技术内涵、成熟度等级划分方法/确定方式、等级条件/评估方法以及评价流程等,并分别列举了典型应用案例。本文提出的技术体系及评价方法适用于航空飞行器各类结构强度验证过程中物理试验的成熟度定量评价,为航空飞行器结构强度专业清晰掌握相关技术成熟度等级、规划未来发展方向提供方法支持。

关键词：航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系

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