摘要:质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）被认为是提高小型无人机续航能力的最有前景的动力源，也是未来绿色航空发展的方向之一，它的性能决定了无人机的任务能力。双极板是PEMFC中的关键组件，其中流道结构更是决定着PEMFC的水热管理、质量输运和电流密度分布，深刻影响燃料电池的综合性能。不同流道结构各有优缺点，充分了解流道结构对性能的影响可以对不同应用背景下的流道设计以及改进工作提供参考。本文对现有的常规和新型双极板流道结构进行了总结，归纳和分析了不同流道结构特征对PEMFC性能的影响。从流道横截面形状、长度、数量、宽度和挡板位置等方面入手探究增强PEMFC性能的高效流道结构设计方案。

摘要:在给定通道雷诺数的条件下，实验研究了矩形内冷通道中截断肋片在6种不同排布方式下的换热特性，并结合三维数值模拟方法，基于流动特征深入分析了其中的对流换热机理。研究表明：6种不同排布方式下，结构2-3-5-9通道的换热性能最好，结构2-5-3-9通道的换热性能最差；结构2-3-5-9通道的压力损失最大，结构2-5-9-3通道的压力损失最小。就总体热性能而言，结构2-9-5-3的最好，结构2-3-5-9的次之，结构2-5-3-9的最差。对流动特征的分析可知，肋片截断区域诱导的横向涡增强主流与边界层流体的掺混，强化了受热壁面与流体间的换热；截断肋片的不同方式排布使通道中流动特征不尽相同，但截断区域的涡结构基本相似。

摘要:研究微小尺度通道内超临界甲烷的传热特性对于碳氢燃料预冷器精细化设计具有重要意义。本文利用实验方法探究了热流密度、质量流量以及系统压力等边界条件对微细圆管内超临界甲烷传热特性的影响规律，并结合数值方法分析了跨临界传热强化的主要原因。结果表明：在实验工况范围内，当超临界甲烷温度接近拟临界温度时均产生了不同程度的传热强化现象，且质量流量和系统压力变化对换热系数峰值的影响更大。传热强化产生的原因主要有两点，一是在拟临界点附近较大的径向密度梯度导致了浮升力的产生，进而在浮升力和重力的共同作用下生成二次流，增强了流体掺混；二是此处的超临界甲烷定压比热急剧增加，增强了自身的载热能力。最终，根据实验结果提出了适用于微细圆管内超临界甲烷对流换热预测的经验关联式，以期为碳氢燃料预冷器精细化设计提供模型依据。

摘要:为了探究不同外流马赫数条件下，流体振荡器出口振荡射流与外流耦合的流动特性，通过非定常仿真方法研究了流体振荡器入口条件为落压比（Nozzle pressure ratio， NPR）为1.5、3，外流马赫数分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8时的三维瞬态流场，分析了外流对流体振荡器内部振荡特性的影响，以及流体振荡器出口振荡射流与外流相互作用时的下游空间流场特性。研究结果表明：NPR=1.5时，流体振荡器出口二喉道处均为亚声速，外流扰动会改变流体振荡器的内部振荡频率；NPR=3时，流体振荡器出口二喉道处存在声速截面，从而可有效隔离外流扰动。对于NPR=3，当外流Ma=0.2时，下游流场存在两对上下旋向相反的旋涡，上方为振荡射流所诱导的流向涡对，下方为马蹄涡对；当外流赫数大于0.4时，下游空间流场只存在一对流向旋涡，且旋涡可以有效排移截面中心处的低能流，使边界层的速度剖面更加饱满，形状因子变小；随着外流马赫数的增加，射流与外流的动量比减小，射流穿透深度减小，射流的展向影响范围也随之减小。

摘要:基于涡扇发动机部件级模型，研究了具有非线性和时变特性的涡扇发动机非线性变参数系统建模问题。通过系统辨识的方法，以高压转子转速为调度变量，得到典型工作点的多项式非线性系统。在此基础上，借鉴增益调度思想，将高度和马赫数拟合成系统的时变参数，利用回归算法，建立大包线慢车以上非线性变参数（Nonlinear parameter-varying， NPV）模型。仿真表明，采用该方法建立的非线性系统与部件模型在单个转速状态时误差小于0.05%，非线性变参数模型与部件模型在大包线范围内的误差小于1%，验证了本文方法的可行性和有效性。

摘要:在燃油泵调节器模态分析过程中，高集成装配体的模型简化和以螺钉连接为主的多种连接方式的有限元建模对分析结果的影响是一个难点。本文从实际工程应用角度出发，提出了关键子结构验证结合整体有限元建模的模态分析方法。首先，根据燃油泵调节器的结构特点对模型进行简化和网格处理；然后，开展了关键子结构壳体模态的仿真分析和实验测试，并在Virtual.Lab软件中对螺钉、密封圈、弹簧、紧配合和滑动配合等进行了连接方式的建模探索和多类型设置，解决了不同单元类型网格的过渡问题；在确保关键子结构有限元模型精度的前提下，最后开展了整体的有限元建模与模态特性研究，通过与实验结果的对比验证了仿真方法的可行性。结果表明：关键子结构法在处理复杂中小型结构装备的有限元分析上效果较佳，复杂结构有限元模型的连接处理方式不宜过多，否则求解不易收敛。多点约束法（Multipoint constraint method， MPC）能够高效处理非协调网格的过渡，适用小位移或变形的模型。

摘要:使用数值模拟研究了静叶锯齿尾缘改型对3.5级压气机性能的影响，分析了锯齿形状、布置位置等对压气机转速特性的影响。结果表明，在进口导向叶片尾缘上全叶高开齿能够拓宽90%转速的压气机稳定工作范围，且对压比、效率的影响很小，而对100%转速特性影响不大；相对于本文开展的锯齿改型而言，齿宽小的结构优于齿宽大的锯齿，全叶高锯齿扩稳胜于部分叶高（叶尖）锯齿。这些研究加深了锯齿尾缘叶片对压气机性能影响的认识，为压气机扩稳研究提供了借鉴。

摘要:为了解决功能梯度材料非均质特征引起的特殊力学行为的模拟仿真技术难题，本文基于有限元基本理论框架，将材料梯度引入形函数，对单元刚度矩阵进行改写，发展了平面四节点与八节点等参梯度单元，并采用高斯积分数值处理方法，基于ABAQUS平台开发了等参梯度单元UEL（User-defined element）子程序，建立了功能梯度材料结构件的仿真分析方法。采用功能梯度材料正方形平板，研究网格密度对计算结果的影响，验证了平面四节点与八节点等参梯度单元的收敛性。将本文梯度单元与常规单元的计算精度进行了对比分析。当载荷条件较复杂时，常规单元计算的应力场出现阶跃，严重失真；而梯度单元得到的应力场光滑连续，可以采用较少数目的单元，即可得到比常规单元更为精确的计算结果。最后进行了功能梯度材料开孔结构和悬臂梁的计算分析，得到收敛解，需要采用的梯度单元数量远少于常规单元。研究表明，平面四节点与八节点梯度单元计算精度和效率均优于平面八节点常规单元，更优于平面四节点常规单元。

摘要:在典型涡轮盘腔内设计了叶轮结构以增大冷却气流的出口温降，并对带叶轮结构的盘腔内部流动与温降特性开展了数值模拟。计算结果表明：在相同工况下，低半径叶轮的总温降大于高半径叶轮的总温降，且前向叶轮的温降能力优于直叶轮，而直叶轮的温降能力优于后向叶轮。叶轮进出口角度对温降效果影响显著，在航空发动机实际工况下，存在叶轮工作最佳进出口角度。

摘要:基于某简化的排气腔体静态雷达散射截面积（Radar cross section， RCS）测试结果，分析了稳定器采用吸波材料后对发动机后向RCS的缩减效果；在不改变加力燃烧室传统结构基础上，针对现有某型稳定器结构从隐身修形设计角度建立了5种不同稳定器蒸发腔简化腔体RCS计算模型，分别在高频10 GHz、低频1.5 GHz下对比分析了不同稳定器蒸发腔结构的RCS特征、稳定器倾斜布置对腔体RCS的影响。结果表明：传统非隐身一体化设计的排气腔体结构中，高频下稳定器采用隐身措施后的RCS缩减效果显著；几种针对稳定器蒸发管式蒸发腔结构的修形设计，均能在高频下带来一定的RCS缩减收益，低频下缩减不明显；具有横向及纵向复合倾斜的平板结构蒸发腔较其他结构的RCS缩减效果好，同时可改善功能材料的使用工况，提高其使用可靠性；稳定器在0°~20°倾斜布置对后向腔体RCS有一定抑制作用。

摘要:火星热流对环火轨道航天器的太阳帆板温度有较大的影响。本文建立了火星反照率的数学模型，分析了火星红外辐射和反照热流变化时，太阳帆板在近火弧段和远火弧段阴影期各自的温度变化规律。研究表明，在不同的轨道高度下，火星红外辐射和反照热流对帆板的影响各不相同，存在一个帆板温度受较大影响的临界轨道高度。当轨道高度小于此临界轨道高度，火星红外辐射和反照热流对帆板温度场的影响极大，不能忽略；当轨道高度大于此临界轨道高度，火星红外辐射和反照热流对帆板温度场的影响有限，可以忽略，为后续火星探测提供了一定的参考。

摘要:针对冲压空气涡轮系统，首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况，然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现，冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后，建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中，首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化，然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终，本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法，本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%，优化效果显著。

摘要:风洞试验悬臂梁结构的尾部模型支撑系统在风载激励下会产生振动，振动会威胁试验安全，影响试验结果。为抑制模型及支撑系统振动，本文研究了一种主动抑振控制系统并取得应用。其中，抑振系统执行机构采用压电材料，控制系统采用自适应内模控制算法。对自适应内模控制算法的结构和工作原理进行了分析，介绍了训练模式下模型参数辨识和试验模式下控制参数的自适应调整过程，建立了基于自适应内模控制算法的控制系统。在地面模拟台采用信号发生器模拟系统激励，作为控制系统输入，验证了控制算法。结合风洞试验，在实际工况下验证了系统的控制效果。结果表明，采用基于自适应内模控制算法的振动主动控制系统，可以将模型振动减小70%以上。

摘要:角位移传感器（Rotary variable differential transformer， RVDT）采用非接触设计，具有灵敏度高、线性好、结构紧凑等优点，在航空领域自动控制系统中应用广泛。在其结构参数中，定转子间隙是提高性能和可靠性的重要设计因素。本文针对定转子间隙进行研究，并以一款典型产品开展了优化设计。通过理论仿真分析和物理实验测试两个角度研究了间隙对角位移传感器的线性度和梯度这两个重要静态指标的影响规律，从而获得了在一定的结构尺寸下，传感器输出梯度和线性度随间隙大小的变化规律以及间隙的合理选取范围等重要结论。本文研究不仅可为产品结构设计参数的选取提供有力的支撑，而且在工程实现中，还可对实际产品结构尺寸进行修正，提高产品的合格率。此外，相关研究方法和获得的结论还可以推广应用到多余度角位移传感器的研制中，为此类产品的快速研发提供借鉴。

摘要:为了突破传统空中加油稳定伞对于加油机飞行速度和高度的限制，业内提出了可变阻力特征稳定伞的概念。本文分析了阻力特征变化对于加油锥套拖曳位置的影响，对一类可变伞撑角的变阻力特征稳定伞进行CFD数值模拟，得到了不同伞撑角下稳定伞的阻力随速度和高度的变化趋势。对加油软管进行离散建模，计算了软管拖曳形状。结果表明，通过改变伞撑角可以有效调节稳定伞的阻力特征，控制锥套的下沉量，验证了可变阻力特征稳定伞的可行性，拓宽了传统稳定伞适用的速度和高度范围。

摘要:作为无人机上关键部件，机翼的结构设计对无人机的可靠性具有重要影响。针对某型高速、大机动无人机的承力要求，本文设计了一款相对厚度小、后掠角大、承载高的单闭室矩形梁式复合材料机翼，在ANSYS中建立了机翼的有限元模型，并采用von-Mises准则和Tsai-Wu准则分别对机翼中金属和复合材料结构进行了强度校核，同时利用地面静力试验对机翼的设计承载能力和有限元模型的准确性进行了试验验证。结果表明，有限元仿真结果与试验结果吻合度高，位移与应变误差均在允许范围之内。单闭室矩形梁式复合材料机翼具有工艺性好、承载能力强的特点，强度、刚度、有效载荷与机翼质量之比都超出了传统的无人机机翼，可以为未来更高性能复合材料机翼的设计提供参考。

摘要:为了使N形杆在空间结构中顺利展开，对其缠绕过程中的力学特性进行了分析。基于协变基向量法建立了纯弯曲条件下各向同性单片带簧在缠绕时应变能理论模型，并采用最小势能原理推导了弯矩的理论模型，然后通过拟合曲率推导了N形杆缠绕时的理论模型。研制了4根N形杆样件，并搭建了试验平台，使用数显式推拉力计分别对杆件在缠绕过程的拉力进行了5次测试，然后求出峰值力矩，发现试验值与理论值的偏差不大于8.83%，偏差平均值为2.813%，从而验证了理论模型的准确性。该研究可用来分析超弹性杆在纯弯曲状态下的峰值力矩，对超弹性杆在宇航空间中的应用具有重大意义。

摘要:为满足柔性蒙皮的变形需求，针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形，基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型，并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料，利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为，并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明：蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此，可以通过改变蜂窝结构的几何参数，实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节；同时，在选择基体材料时，为兼顾“面内”刚度和“面外”承载能力，不仅应该选用杨氏模量小的材料，减少其驱动力，还应该选用弹性段大的材料，减小残余变形。

摘要:针对民用客机的通信系统，在其研发过程中以成本为约束条件权衡系统安全性可靠性作为研究目标。首先确定通信系统可靠性安全性指标，进而通过灰色关联分析与多元线性回归提取关键影响因子并进行量化，并运用MATLAB软件建立单目标-多目标一体化加权指数ZETA评分模型，根据实际要求对比分析了优化结果中不同的权衡域。最后根据民用客机通信系统研发成本，通过基于核和灰度的灰色马尔科夫预测模型对未来某系列民用客机通信系统研发成本进行预测与平均误差计算，验证一体化寻优模型的可行性与可信度。结果证明一体化权衡模型有很好的工程参考价值。

摘要:为了提高复杂电磁环境下无人机着陆引导系统的抗干扰能力，可在无人机着陆段采用基于激光的无人机精确引导方法。本文对激光相对引导系统的工作原理及流程进行了分析，设计了基于激光引导的无人机着陆试验流程，并基于某无人机平台完成了试飞验证，获得了重要的试验数据，最后将激光相对引导数据与差分GPS引导数据统一转换到地平坐标系下，完成了两种体制的数据比较和误差分析，并进一步梳理了将激光相对引导技术推向工程应用需要注意的问题。