基于固定任务混频的寿命相关载荷分布特性

为了对航空发动机结构件使用可靠性进行分析,需要对基于固定任务混频的寿命相关载荷的分布特性进行研究.采用数理统计的方法根据独立同分布中心极限定理对飞行载荷的累计过程进行了研究,推导了载荷累积函数的分布,从理论上证明了基于固定任务混频的寿命相关累积载荷,随着飞行剖面的累加而趋于正态分布.给出了基于固定任务混频的寿命相关载荷的分布特性算法,采用数学试验的方法用4个算例对基于固定任务混频的飞行过程进行了模拟,从而对理论分析的结果进行了验证.分析表明载荷累积函数的变异系数随累积飞行剖面数增加而下降.      

航空发动机设计任务循环的选取

由某型发动机的未来使用任务推导了其设计飞行任务剖面和飞行任务混频,然后根据该发动机的高度－速度特性得出了其转速剖面。在该转速剖面下对发动机的压气机盘进行了应力和疲劳寿命计算,由计算结果得出该发动机设计任务循环的选取范围,认为：航空发动机的设计任务循环除0－最大－0、慢车－最大－慢车和巡航－最大－巡航3类循环以外,还应当包括对发动机构件疲劳寿命有较大影响的其它载荷循环,否则将造成设计载荷估计精度大大降低。     

影响航空发动机结构寿命的载荷分散系数

国内外多个航空发动机设计通用规范和型号规范分析表明,关于航空发动机疲劳分散系数的规定和方法较为宽泛,缺乏严格的定义和分类,给工程应用带来一定的困扰。将航空发动机疲劳分散系数分为结构分散系数和载荷分散系数,并分别给出了定义。发动机结构的载荷分散系数计算方法被给出,并分别以某航空发动机主要载荷的起动次数和大状态工作时间为例,研究了载荷分散系数及其随工作时间的变化规律。基于数学仿真方法,研究了固定任务混频和变任务混频下的载荷分散系数随工作时间的变化规律。结果表明,该型发动机的载荷分散系数基本在1.0~2.0之间,且随着工作时间的累积呈现下降趋势,其下降速率与载荷性质有关。     

复合材料层合板有限元分析及疲劳寿命预测

采用有限元方法对复合材料的疲劳进行模拟计算,建立有限元模型,进行疲劳寿命预测。把复合材料的疲劳失效过程模拟成为在外载荷作用下材料性能逐步退化、应力重分布、损伤累积的过程,并利用MSC．PATRAN／NASTRAN进行算列分析,并与试验结果相比较,误差较小,可以作为预测复合材料层合板寿命的方法。     

舰船摇摆条件下固体火箭发动机舰载寿命预估

为了预估长期远航舰艇的导弹固体火箭发动机舰载寿命,分析了各种海况下舰船摇摆运动对发动机装药形成的载荷;在对发动机装药应力一应变计算的基础上,利用基于耗散能的装药累积损伤理论,提出了在不同海域执行任务的舰载导弹尚体火箭发动机舰载寿命的评估方法.     

疲劳寿命估算的线性累积破坏率准则研究

介绍了一种新的疲劳寿命估算方法——线性累积破坏率准则,其物理意义明确,简单明了。在对恒幅载荷疲劳寿命统计分析的基础上,求出对应的疲劳寿命概率密度函数,从而利用线性累积破坏率准则可估算出变幅载荷下结构的疲劳寿命。线性累积破坏率准则没有限定试验条件和疲劳寿命分布形式,因此对一般环境下和腐蚀环境下的疲劳均具适用性。利用两组疲劳试验数据对该方法进行了验证,结果表明在中值寿命附近预测寿命与实测寿命非常接近,精度较高、有较好的工程应用价值。     

用等效平均损伤模型计算剩余寿命方法的研究

分析了复杂载荷下材料的损伤累积过程和疲劳寿命计自身材料疲劳损伤与其不可逆电阻变化响应的联系。疲劳寿命计自身材料疲劳损伤演变、损伤累积过程以电阻变化速率和变化量显示了其全貌。假设其等效平均损伤等一般规律与金属材料的疲劳情况相类似,结合本文给出拟合精度很好的材料应力寿命曲线,得出随机载荷下剩余寿命计算的简便方法,具有较高可信度。初步实验验证很令人满意。     

机翼下壁板螺栓连接件疲劳寿命分析

建立三维实体模型,设置面面接触,并施加螺栓载荷来模拟预紧力来模拟螺栓连接。计算得到某型飞机机翼下壁板螺栓连接试验件的应力云图,分析得出受力最严重部位。通过名义应力法计算该连接件的疲劳寿命。运用MATLAB拟合生成理论应力集中系数为3.720 2下的S-N曲面,从而计算出各级载荷下的疲劳寿命和损伤。根据M iner线性累积损伤准则计算出了连接件的疲劳寿命,与传统的板杆单元应力严重系数法的计算结果以及实验结果进行了对比,发现疲劳寿命计算结果吻合较好。     

涡轮叶片耦合疲劳寿命预测与试验验证

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。      

航空发动机加速任务与等效应力试验方法研究

对于长寿命发动机,传统的航空发动机耐久性试验方法存在经济性差、试验周期长的问题。鉴于此,提出一种适用于较高温度裕度的航空发动机整机耐久性试车方法,阐述了编制试车谱的具体流程,说明了使用任务载荷谱和预测任务载荷谱的差异,给出了编制试车谱所必须的任务剖面、任务混频、环境混频等的具体算法,列出了编制试车谱所必须考虑的各种要素,并利用Norris-Landzberg模型确定了航空发动机等效应力加速系数。     

混合器中燃气/空气掺混特性研究

合理的混合器结构对组合动力系统的高效燃烧和推进性能具有重要意义。为了获得最佳掺混效果,缩短燃烧室长度,利用CFD程序分别对环形、旋流器型和波瓣混合器中内、外涵燃气/空气的流动和掺混特性进行了全三维数值模拟。燃气为甲烷液氧富燃燃气。结果表明：无论采用何种混合器,随着掺混距离的增加,总温和组分均趋均匀;其中,波瓣混合器的掺混效果最好,内外双旋流型混合器的掺混效果次之,环形混合器的掺混效果较差;环形混合器内涵燃气喷射角度对燃气/空气掺混效果具有一定的影响,燃气与轴向成15°喷射时,掺混效果优于无角度喷射。     

叶尖泄漏掺混损失影响因素分析

借鉴Denton不可压叶尖泄漏损失的理论分析,推导出可压缩流动中叶尖泄漏掺混损失基本关系式,其集中反映了尖区叶表压强、叶尖间隙、泄漏流流量系数及总损失系数影响.在仅考虑泄漏掺混损失情况下,数值分析了叶尖基元负荷、间隙、泄漏流量系数整体水平及其弦向分布等因素对叶尖泄漏掺混损失的影响.结果展示了各因素对叶尖泄漏掺混损失的作用及机理.最后提出一个重要的组合参数,反映了叶片尖部载荷和叶尖间隙的流向分布对叶尖泄漏掺混损失的综合影响.      

宽带变负载阻抗匹配网络的设计研究

某坦克电台采用螺旋天线以缩短天线的几何尺寸，提高安全性。由于该天线的输入阻抗随频率而变化，需要用一个宽带变负载阻抗匹配网络来实现天线与电台之间的匹配。首先从理论上分析论证了实现具有最平坦频率特性的变负载阻抗匹配网络的可能性。然后，根据实际要求进行了计算机辅助工程设计，并给出了相应的设计和仿真结果。     

飞行过载对燃烧室化学反应流场影响

为了研究飞行过载对固体火箭发动机燃烧室化学反应流场影响,以Liang模型模化铝滴燃烧,以有限化学反应速率模型模化湍流燃烧,对过载条件下发动机内流场进行了数值分析,数值结果与试验结果取得了趋势上的一致。研究表明,文中采用的数值计算方法可有效重现发动机热结构故障点;飞行过载改变了流场温度、粒子浓度、化学反应速率等参数分布;过载条件下燃烧室绝热结构表面铝滴积聚及剧烈的化学放热反应是导致其异常烧蚀的原因之一,铝滴局部积聚燃烧会导致温度场畸变;热结构设计必须与流动结构匹配。     

喷流作用下的单边膨胀后体气动载荷

高隐身无人机为提高侧向、后向隐身指标,机身和喷管-后体结构的一体化设计尤为重要,该设计在气动、结构、强度等领域带来了新的挑战,喷流作用下的气动载荷预测是其中一个关键问题。利用CFD方法结合风洞试验数据,对高隐身无人机喷管-后体结构的稳态、动态气动载荷及其影响规律进行研究,结果表明：喷流形成的复杂波系投影到后体壁面上会形成压力、吸力交替的气动载荷,该载荷分布对喷管落压比极为敏感,小幅度的落压比变化即可能导致载荷方向变化;稳态气动载荷分布也会受到来流速度、次/主流流量比等的影响。基于IDDES方法的数值计算对动态气动载荷有不错的预测精度,将流场划分为喷流主流与次流掺混区、喷流核心区、喷流与外流掺混区等几个区域,有助于从流动机理上揭示脉动压力的分布规律,且得到了试验验证。动态载荷极值区位于喷流区边界,正是气流剪切掺混最强的位置,而喷流核心区尽管稳态气动载荷强,但动态气动载荷相对较低。     

缝翼操纵齿轮齿条虚拟弯曲疲劳耐久性分析

飞机缝翼齿轮齿条机构研制时,其齿根弯曲疲劳耐久性要求是结构强度规范的主要内容,实测疲劳分析考虑到运动协调和后期试验验证,设计难度大,研制周期长。在空气动力载荷分析的基础上,采用ANSYS和nCode建立缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐久性分析模型,分析得出不同表面粗糙度因子下的缝翼齿轮齿条机构虚拟弯曲疲劳寿命数据。结果表明:应用虚拟疲劳耐久性分析方法,可以预估出缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐寿命,确定合适的表面粗糙度参数;可在试验验证前对不符合结构强度规范的设计进行修正,从而得到最佳设计结果的同时,缩短研制周期。     

基于IPDG方法的超声速混合层流动数值模拟

为了满足超声速混合层高精度模拟需求,实现了基于内罚方法的间断伽辽金(IPDG)方法数值模拟。通过将黏性通量作为辅助变量使得Navier-Stokes方程降阶,并利用间断伽辽金方法进行空间离散,最后采用Newton-Krylov隐式方法对空间半离散方程进行时间推进。相对于有限体积法数值精度提高到了3阶。将该方法应用于对流马赫数为0.2的二维平面超声速混合层的数值模拟中,通过与实验数据的对比验证了方法的可靠性。数值结果显示了混合层中层流到湍流的发展过程。在此基础上,将基于数值解误差分布的自适应网格技术与IPDG方法结合起来,对比发现自适应网格数量减少了9倍,计算时间减少了8倍,大幅提高了方法的计算效率。      

操作相关的发动机载荷谱模型与仿真研究

以某型歼击机发动机重心法向过载谱为例,进行统计分析,建立了与操作相关的航空发动机载荷谱的数学模型,并验证了模型的合理性。研究表明:一个操作相关的发动机载荷谱可以用泊松随机过程描述,由持续时间分布和到达时间间隔分布以及载荷持续时间累积频次曲线和载荷穿级计数次数累积频次曲线等四个因素完全确定,其中持续时间和到达时间间隔均服从指数分布。在保证上述四个方面等效的基础上,提出了操作相关的载荷谱仿真方法,并对该发动机的重心法向过载谱进行了仿真,结果表明与实测载荷谱吻合较好,仿真方法可行。      

基于单层数值特征曲线法的复合材料接头强度分析

提出了基于单层的特征曲线法，利用Patran／Nastran有限元软件对复合材料机械连接接头强度进行了分析计算。根据提出的基于单层的数值特征曲线法，各个角度铺层的特征长度采用数值方法分别计算，根据各层的特征曲线计算各层的破坏载荷，最后确定接头的破坏载荷。通过算例分析，计算结果跟试验值吻合很好，较基于层合板特征曲线法所得结果更精确，说明了该方法的有效性。