支撑翼布局飞行器因其特有的桁架支撑结构,有效解决了大展弦比飞行器结构质量过大的难题.以波音公司提出的支撑翼布局飞行器为研究对象,应用结构有限元分析与优化方法,对比分析了桁架结构连接形式、颤振约束对支撑翼结构布局的影响.分析结果表明,桁架以固接形式连接可比铰接形式质量轻39.7％;在固接形式下,考虑颤振约束后机翼质量增加了11.9％.由此表明结构形式确定后,颤振约束是决定机翼质量的重要因素,在此基础上构建了面向支撑翼布局的质量代理模型,可用于在概念设计阶段快速评估机翼质量.

Introducing a pre-cooling process into the air intake of a hypersonic turbine engine can reduce the temperature of the air entering the compressor and increase the available pressure ratio and the engine thrust. To study the thermodynamic performance of the precooler, the structure and heat exchange of the precooler have been investigated in detail, and a segmented thermodynamic calculating model for an involute precooler using high heat sink hydrocarbon fuels as the cold source is established. Results suggest that the thermodynamic calculation for a precooler must be performed in segments when both cold and hot fluids experience large temperature variations. The influence of the fuel mass flow rate, air outlet temperature, and precooler structural parameters on the thermodynamic performance of the precooler are studied. A tremendous amount of micro heat exchange tubes lead to almost laminar flows in the tube. With the increase of the fuel flow rate, the cooling capacity of the precooler is enhanced, and the weight is reduced, but the fuel after heat absorption might not be totally used for combustion, resulting in thrust waste. Lowering the air outlet temperature helps improve the engine thrust performance, but will increase the precooler weight and air pressure loss. When the transverse and longitudinal pitches of the tube bundle both are 1.5 times of the tube diameter, compared with the staggered arrangement, the air-side convection heat transfer capacity for the in-line arrangement deteriorates, and the precooler weight and air pressure loss are both larger. The transverse and longitudinal pitches of the tube bundle have complicated influence on the thermodynamic performance of the precooler. This work can provide strong support for the design, verification, and performance analysis of the tube bundle precooler with similar structures in the future.

Linear flux-switching permanent magnet (LFSPM) machines have high power density and simple robust stator structure,which shows significant potential in long stroke applications. However,linear motors are required to have high thrust density and low thrust ripple in many applications. Therefore,the research on the issues causing the thrust force ripple and corresponding suppression methods are important means to enhance the application potential of the LFSPM machines. Through the finite element analysis (FEA) method,the end effect of LFSPM machine is improved by using different structures of the additional teeth,and the end force is reduced. Based on this,different thrust ripple reduction methods are employed and compared to suppress different thrust ripple components of the LFSPM machine. In the process of comparison,a step (staggered tooth) displacement selection method is given. It shows that each structure can reduce the thrust force ripple while taking into account the average output thrust force. FEA verifies the universality of the proposed method,and it can be used in LFSPM machines with different structures to reduce the thrust force ripple while taking into account the average output thrust.

永磁电机具有效率高、功率密度高、控制灵活的特点,研究永磁电机及其驱动系统的容错技术有利于提升其在电动汽车、新能源发电和航空电力作动系统等领域的应用潜力.对近年来永磁电机驱动系统容错技术领域的研究成果和最新进展进行归纳和总结:系统地将容错电机本体分为"冗余拓扑"设计和"结构优化"设计来进行归纳总结;将容错算法归纳为"基于电流矢量重构技术"和"基于电压矢量重构技术"来进行类比分析;三相和多相逆变器系统容错技术;位置/速度传感器和电流传感器故障容错方案,包括冗余传感器和无传感观测器技术.最后,指出目前容错技术存在的主要问题以及未来发展方向,为永磁电机及其驱动系统容错技术研究工作的进一步开展提供了参考.

容错电机以其可靠性高、容错能力强以及恶劣环境工作能力强等优点得到了国内外电机领域广泛关注,其工作原理、拓扑结构、电磁性能和控制策略等已有广泛而深入的研究,研究结果表明该类电机非常适合应用于全电/多电飞机电力作动系统.本文从拓扑结构和控制算法两大方面对电力作动系统用容错电机的关键技术进行分析和总结.在拓扑结构方面,横向比较了每种原型电机引入容错设计后对原有电磁性能的影响,纵向归纳了电机容错设计的通用设计方法和一般规律.在控制策略方面,分析了基于电流矢量重构技术和基于电压矢量重构技术两大类方法的内在联系与优缺点,提出了提高转速动态的容错电机转矩冲量平衡控制,并对代表性拓扑结构和容错算法进行了仿真和实验比较.最后展望了容错电机的研究前景与应用拓展.

电力电子技术课程设计作为电气类专业的重点实践课程,需要提高实践环节的教学比重.本文通过设计并制作经典BUCK电路的示教板,给出了完成一个电力电子课程设计案例的流程.学生可以通过该案例完成电路理论计算、仿真分析、PCB绘制、元件选型以及焊接与调试的全过程,提高解决实际工程问题的能力.

针对无人机族结构设计的相关问题,提出了一种机身为通用模块、不同展长的机翼为专用模块的飞翼无人机结构设计方案.采用结构有限元方法分别对飞翼布局无人机族进行结构强度和刚度分析,使用基于PCL语言的MSC.Patran二次开发技术,实现结构优化程序的自动运行.采用二级优化方法实现通用模块和专用模块的并行运算,给出一种模块化飞翼布局无人机族的结构优化设计方法.此方法很好地发挥了模块化策略的优势,并使无人机性能损失变小.

机载气象雷达系统能够在飞行中实现对气象目标的探测.然而,近地气象目标易受到强地杂波干扰,从而导致目标信息的缺失和检测虚警.为了实现地杂波背景中气象目标的准确检测,本文提出了一种基于俯仰通道干涉相位的空域气象目标检测技术.首先利用俯仰双通道系统获取雷达回波数据,经过多视处理后生成干涉相位图,对干涉相位图进行干涉相位补偿后得到待检测的干涉相位数据;然后将干涉相位作为检验统计量,解析高斯杂波背景下地杂波与气象目标的干涉相位统计特性;最后嵌入该统计特性至恒虚警率检测器中,实现气象目标的鲁棒检测.多组仿真与实测数据处理结果表明,相较于其他气象目标检测方法,所提方法具有更高的检测概率和更好的鲁棒性.

集成三端口功率变换器(three-port converter,TPC)具有变换效率高、系统集成度高、功率密度高的优点,广泛应用于新能源系统.传统PI控制可以应用于TPC系统,但PI控制属于线性控制,其基本特性导致系统动态性能难以保证最优.因此,该文提出针对TPC的负载突变以及功率分配的电容电荷平衡控制(capacitive charge balance control,CBC)方案,该算法基于电容电荷平衡原理,推导出最优动态响应曲线,通过控制系统动态过程中的开关状态,使系统按照最优动态响应曲线运行,优化系统动态性能.最后设计并制造一台全桥三端口变换器原理样机,并且通过提供实验结果验证所提出控制方法的有效性.

为了获得更准确的预测结果及更优良的预测性能,将遗传退火算法与小波神经网络相结合,设计了一种基于遗传退火优化的小波神经网络预测模型.利用MATLAB开发出界面友好、使用方便的图形用户界面,通过实例仿真进行了验证.

磁悬浮直线开关磁阻电机继承了直线开关磁阻电机的优点,结合有效的悬浮设计方案,在磁悬浮运输系统中具有一定的应用潜力.研究了磁悬浮直线开关磁阻电机的悬浮模块及其改进结构,分析磁场分布和磁路模型,在此基础上,利用有限元软件进行仿真,通过结果分析发现所提出结构具有天然解耦的结构特点,可以实现悬浮力控制和推力控制解耦以及悬浮力控制与动子前进位置解耦,通过线性调节悬浮电流即可线性控制悬浮力,使悬浮电流控制为标量控制,大大降低了悬浮控制系统的复杂性.此外,改进结构可以有效提高悬浮电流利用率,减小悬浮绕组损耗.

针对承受热应力和结构应力共同作用下的角接触球轴承,利用ANSYS Workbench软件对其进行疲劳寿命分析.在三维软件Pro/E中建立轴承模型,导入有限元软件ANSYS Workbench中得到轴承的有限元模型,进行热-应力耦合分析,得到轴承温度分布和应力分布;根据零件的材料属性,利用ANSYS Workbench的Fatigue模块分析了轴承的疲劳寿命.根据软件模拟计算得到轴承寿命情况,为机床主轴轴承寿命的预测奠定基础.

容错型磁通切换电机(fault tolerant flux switching permanent magnet motor,FTFSPM)具有容错能力强和转矩密度高的特点,适用于高可靠性场合.绕组短路故障是电机常见的故障之一,该文为了实现在动态过程中转速只经过一次调节即可达到收敛,提出一种绕组短路故障下的转矩冲量平衡控制算法.为了实现这一算法,首先针对正常相电流的缺失采用磁链补偿法,针对短路电流的扰动转矩进行前馈补偿,从而提高电机不同短路故障下运行的稳定性;推导不同短路故障下转矩冲量平衡控制方程,分析空间电压的缺失及短路电流脉动转矩对改变电磁转矩能力的影响,建立实现转矩冲量平衡控制动态调节时间的一般规律;通过仿真和实验实现电机在绕组短路故障下转矩冲量平衡控制,并对不同短路故障下动态响应进行比较,验证了所提算法的正确性与有效性.

针对电气工程学科方向电机领域新技术的发展以及新时期下培养创新型人才的教学目标,提出"电机及其调速系统"课程群系统化、一体化、连续化教学理论与模式,从宏观角度明确"电机及其调速系统"课程群各课程的内在联系,培养学生的创新思维以及发现问题、提出问题、解决问题的科研能力.

在考虑风场和雷雨区对民航客机飞行影响的情况下,针对提高客机飞行经济性和降低环境污染的问题,基于“下一代航空运输系统”的连续性飞行剖面,建立纵向飞行轨迹模型,并综合经济性和环保性两类目标,对客机纵向飞行轨迹进行优化.以一架类似于B737-800的客机为例,优化目标分别为直接使用成本、总温室气体排放量,及两者组合的多目标,优化状态分别为不考虑风场和雷雨区因素、考虑风场因素、考虑雷雨区因素.结果 表明,风向为逆风时,客机在风场中的飞行最佳高度有所降低,进入风速较低的区域,从而减小阻力和油耗.但是由于此时飞机的地速变小,会导致飞行时间有所增加;顺风时情况恰好相反.而且算例表明优化方法对躲避雷雨区具有良好的适应性.

直线永磁磁通切换电机(LFSPM)在诸如城市轨道交通,智能电梯和海浪发电等许多应用场合中都具有巨大的潜力.研究了一种双永磁体励磁的直线永磁磁通切换电机(DLFSPM),该电机通过提高永磁体和硅钢片的利用率来提高推力输出能力.利用有限元软件先对DLFSPM电机和传统结构12/14极直线电机进行推力优化,然后比较两者的平均推力,发现DLFSPM电机具有更高的推力密度.然而,较大的定位力会限制DLFSPM电机的应用场合.因此,对该电机进行改进来减小其定位力.利用次级分段斜槽结构来抑制其定位力.有限元仿真结果表明,次级分段斜槽结构可以有效的减小DLFSPM电机的定位力.

永磁磁通切换（FSPM）电机的转矩冲量平衡控制具有不受PI参数影响,能使电机达到最优动态性能的优点,适合应用在电机负载突变的动态调节过程中。然而,转矩冲量平衡控制与直接转矩控制（DTC）之间的常规切换模式导致电机的转速和转矩仍然需要DTC的重新调节才能收敛。该文提出两种优化切换控制策略,能够实现控制算法切换瞬间DTC中转速调节器或电压空间矢量选择表的输入修正,从而实现控制系统的快速收敛,减小二次调节时间。仿真结果和实验波形均验证了两种切换控制策略对转矩冲量平衡控制动态性能优化的正确性和有效性。

为了满足某太赫兹天线高精度、高稳定的需求,采用线膨胀系数极低的全碳纤维格栅结构制备半径为1.2m的反射面.文章首先运用有限元法计算了全碳纤维格栅结构反射面的热变形情况,以验证格栅结构设计的合理性;其次,选择殷钢作为模具材料、M55J/氰酸脂复合材料作为反射面材料,采用热压罐成型工艺,在中温条件下分别固化内、外蒙皮与格栅板;再次,采用数控铣削加工形状各异的格栅筋板,并在筋板上开槽以实现格栅结构的拼装;最后,在常温条件下,利用重物加压的方式实现低应力胶接,并采用高精度摄影测量技术检测反射面的初始面型精度及热变形后精度.结果 表明,采用有限元法模拟反射面降温70℃条件下的热变形为1.2μm;采用摄影测量检测30℃初始面型精度(RMS)为5.5μm,-40℃环境下面型精度(RMS)为7.8μm.文中所述工艺方法对制备高精度、高稳定复合材料天线反射面具有重要的指导意义.

先进拉挤成型技术以预浸料为原材料,通过不同铺层组合实现制件的力学性能可设计性,在控制生产成本及灵活性方面具有独特的优势,本课题选用X850预浸料进行研究,分析其典型热压罐成型工艺和先进拉挤成型工艺的区别,针对先进拉挤成型中热压固化的特点,分析各区间在制件成型过程中的作用,利用差式扫描量热法（DSC）研究X850预浸料中树脂的固化动力学,确定各区间温度制度选取原则,为了防止孔隙的形成与扩大,合理选取各区间压力制度,运用正交试验的方法设计固化工艺方案,研究多区间温度制度、压力制度对拉挤制件成型质量的影响趋势,运用实验室自行设计的拉挤设备进行试样的制备,以弯曲强度、层间剪切强度、孔隙率为表征在正交试验方案中优选了6号方案（预处理温度为160℃,保温30 min,固化温度为180℃,保温时间为20 min,固化压力为0. 8 MPa）为最终拉挤工艺方案。

三维缝合技术不仅能够显著改善复合材料的层间性能,提高其抗分层性和抗冲击损伤容限,结合液体成型工艺,还可以实现复合材料结构整体化成型.本文以复合材料单边缝合技术为研究背景,开展复合材料单边弯针缝合装备技术的研究.首先从分析单边弯针缝合装备的功能需求和平台总体规划方案入手,设计并制造出一种单边弯针缝合头;然后针对该类缝合线迹的稳定化成型因素进行了讨论与分析,确定了在单个缝合周期内缝合头末端执行部件之间相互协调的位移时间关系曲线,确定了最佳线环形态以及缝线供需平衡关系表达式;最后通过试缝试验证明该缝合装备对纤维预制体的缝合能够形成平滑稳定的链式线迹,并最终实现良好的缝合效果.