中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析

中国空间站燃烧科学实验系统能够在轨进行多种燃料的微重力燃烧实验，其关键组件燃烧室是可实现密封的压力容器，为实验插件提供机械、氧化剂、废气排放、供电、控制、冷却等接口，支持实验插件完成相关功能.本文依据承压范围、漏率、透射光波段等设计技术指标进行燃烧室结构设计与力学分析.燃烧室采用分段式结构，由合叶门、锁紧圈、连接环、筒体等组件依次连接组成，连接结构处使用密封圈.通过燃烧室的承压分析、模态分析以及随机响应分析，校核了燃烧室结构的强度、刚度及随机振动响应特性，验证了燃烧室设计的安全性与可靠性，能够满足发射及在轨工作要求.      

基于状态空间涡格法的阵风减缓分析

阵风响应计算及阵风减缓控制系统设计是飞行器气动弹性分析中的重要内容。基于状态空间涡格法（VLM）建立飞行器阵风气动力模型,给出有限元结构模态及控制面模态广义自由度与涡格法控制点边界条件的插值关系,建立适用于复杂模型的阵风响应分析方法,弥补了传统阵风响应分析方法需要进行有理函数拟合或迭代计算资源消耗大等不足。在此基础上,基于经典PID控制方法设计阵风减缓控制系统,仿真得到离散阵风及von Karman连续阵风激励下的系统开/闭环时域响应情况,对比响应幅值计算减缓率。仿真计算结果表明:根据所提方法建立的阵风响应分析方法准确,阵风减缓控制系统能有效降低原气动弹性系统的阵风响应。      

基于FE-SEA混合法的飞行器结构声振响应分析与试验验证

以美国X-43A飞行器为研究对象,基于有限元与统计能量分析混合法FE-SEA,建立飞行器结构声振耦合动力学模型. 着重研究飞行器噪声致振的性质及规律,得到飞行器空腔结构在宽频外噪声场激励下的结构振动响应及舱内噪声场响应,并对FE-SEA在宽频区间中段的计算结果进行分析. 通过噪声试验验证了理论与数值计算的可靠性.      

球头锥-柱再入飞行器的动力环境预示

考察了超声速和高超声速流场中一类球头锥-柱再入飞行器表面稳定压力和脉动压力的分布特性,利用CFX(Computation Fluid Explorer)软件建立球头锥-柱的外流场域网格,对其进行定常、非定常流场分析,给出一套预测表面稳定压力和脉动压力环境的工程新方法.将该方法与理论和经验估算方法进行了对比分析,验证了该方法的可行性和适用性.同时利用该方法研究了马赫数、来流攻角等因素对再入飞行器表面脉动压力环境的影响.利用ANSYS大型软件建立了再入飞行器导弹头部的动力学分析模型,根据确定的再入飞行器表面脉动压力环境和随机振动分析理论,采用有限元谱分析方法计算得到该飞行器弹头部件的随机振动响应加速度的均方根值和功率谱密度曲线,计算结果满足工程应用的要求.      

陀螺组件结构动态特性分析和减振设计

针对惯性姿态敏感器陀螺组件结构设计中出现的随机振动响应量级过大的问题进行分析研究.建立了陀螺组件结构的动力学模型,通过安装金属橡胶减振器并在结构中合理布置高阻尼比的阻尼材料综合解决陀螺头部振动响应过大的问题.对结构设计方案进行数值仿真和振动试验,结果表明,金属橡胶减振器和约束阻尼结构的应用能有效降低陀螺头部的高频响应,保证了陀螺仪在发射段环境条件下的可靠性.     

空间电子设备阻尼减振设计

<正> 一、引言为了解决飞行器结构及其电子设备受宽频域随机振动和由它激发的多峰共振响应而产生的疲劳破坏与失效问题,进一步提高电子设备的控制精度和工作可靠性,必须对它们的振动和冲击等力学环境进行有效控制,同时还应该考虑到尽可能地减轻结构重量、缩小设备体积。应用振动阻尼技术,增加结构阻尼进行阻尼减振是解决这类问题的有效措施。我们知道,结构系统在激振力作用下的共振响应只能被其阻尼所制约,因此采用传统的橡胶减振器进行振动隔离,对谐振控制将不会有理想的效果,甚至有时还会引起相反作用。     

空间相机主要力学性能的分析与计算

采用了有限元分析方法对空间相机的整体结构进行了主要力学性能的分析与计算.首先,将相机作为一个系统,建立了结构的实体模型,利用PATRAN软件建立结构的有限元模型,为不同的零件分配了不同的单元类型,然后,运用NASTRAN程序对有限元模型进行了分析,得到结构的前五阶响应频率,并且分析了随机振动动载荷对结构某些关键点的影响.上述分析结果对相机结构的改进设计有重要参考价值.     

飞行器助推段振动环境分析

对飞行器助推段非平稳随机振动信号采用局部平稳模型进行分析,把此段非平稳随机信号的时变谱分解成2个独立的过程:决定时变均方值的确定性过程和决定频率特性的平稳随机过程.利用小波分析对确定性信号和随机信号进行分离,用信号的全部带宽计算非平稳信号的时变均方值,缩短了平均时间,减少了偏置误差;用信号的整个持续时间确定非平稳信号的谱特性,提高了频率分辨率,减少了随机误差.对分离出的平稳随机振动自功率谱密度进行了归纳,得到了飞行器助推段的振动环境.      

预载荷作用下管路结构动强度评估方法

针对现阶段航空航天管路结构环境试验存在的问题,研究了管路结构在预载荷及随机振动试验条件作用下的动强度特性的分析方法,明确了由预载荷引起的微分刚度、预应力在结构振动响应计算及疲劳寿命分析时的区别及处理方法,提供了一种可定量预估管路结构在多种试验环境作用下随机振动疲劳损伤的分析方法,该方法解决了真实环境试验条件如何表示预期使用环境的问题以及真实环境试验条件与预期使用环境不一致对管路结构动强度造成的影响如何进行评估的问题。通过对管路结构的仿真,分析了管路的动强度薄弱点以及剩余强度系数和疲劳寿命,验证了该方法的有效性,从而为分析管路结构在真实使用过程中的环境适应性以及可靠性提供了一定工程指导。      

月球着陆器软着陆冲击仿真

为提高分析月球着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应的准确性,提出一种基于瞬态动力学的着陆器有效载荷软着陆冲击响应分析方法.根据着陆器全机结构柔性和月壤柔性对有效载荷着陆冲击响应的影响,参照某型着陆器,于MSC.PATRAN环境中建立着陆器全机柔性体模型及月壤柔性体模型,运用瞬态动力学仿真软件MSC.DYTRAN对着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应特性进行了仿真研究.仿真结果与试验结果具有一定的一致性.研究结果表明:使用该方法分析着陆器软着陆有效载荷的着陆冲击响应是准确有效的,能够比较逼真地模拟月球着陆器实际着陆工况.     

进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁流场的影响

为研究进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁烧蚀的影响,采用标准k-ε湍流模型,单步涡耗散燃烧模型与KING硼粒子点火燃烧模型,开展了双下侧90°进气结构和双侧180°进气结构固体冲压发动机补燃室内燃气燃烧数值模拟,对比分析了补燃室燃气燃烧流场特征和内壁烧蚀环境特征。结果表明:双侧180°进气结构在补燃室中形成大漩涡,有利于燃气与空气的掺混燃烧,至补燃室出口位置,总燃烧效率超过90%,且该结构有效减少了粒子对内壁的冲刷侵蚀;在双下侧90°进气结构补燃室中,凝聚相粒子和燃气贴近补燃室一侧运动,导致氧气浓度和温度分布不均,不利于燃气的掺混燃烧,总燃烧效率为74%,在远离补燃室进气道一侧形成高温热烧蚀、高浓度粒子侵蚀、高速射流冲刷和热应力集中的综合破坏;双侧180°进气结构的固体冲压发动机补燃室总体性能优于双下侧90°进气结构的冲压发动机补燃室。      

航天器随机振动设计载荷比较

将直接影响航天器结构质量的随机振动载荷等效为准静态的设计载荷,是航天器结构设计分析中的一项重要内容。文章简要介绍了基于加速度峰值响应等效的设计载荷与基于位移峰值响应等效的设计载荷的原理与方法;重点运用解析法与有限元仿真比较了两种方法的差别,分析得出基于加速度的设计载荷要大于基于位移的设计载荷。文章推荐使用基于位移峰值响应等效的设计载荷,该方法将有效减轻结构质量。     

模型燃烧室内不稳定燃烧发展过程的数值分析

为了对自燃推进剂燃烧室内出现的不稳定燃烧现象进行详细分析,采用欧拉-拉格朗日方法对该燃烧室内的气液两相非稳态燃烧过程进行了数值模拟,计算得到的压力振荡幅值和频谱特性与实验结果吻合较好,在此基础上对不同燃烧阶段内的压力和释热变化规律进行了分析。结果表明:在压力振荡幅值超过10%的不稳定燃烧阶段,压力振荡主频为9 200 Hz,燃烧室内横向压力分布与1阶切向振型一致,仿真中再现了1阶切向自激高频不稳定燃烧的产生及发展过程;稳定燃烧向不稳定燃烧转变早期,压力振荡从部分燃烧释热波动中获得能量,压力振荡幅值缓慢增长;随着燃烧进行,燃烧释热波动与压力振荡之间相位和频谱特性逐渐趋于一致,压力振荡幅值开始急剧增大;当二者完全耦合时,燃烧室内压力振荡幅值达到极限饱和状态,此时压力振荡幅值超过了平均室压的200%。      

基于ABAQUS的三轴转台随机响应分析

运用ABAQUS有限元分析软件对某三轴转台模型进行模态分析，得出该转台的谐振频率及振型。通过对三轴转台进行了结构上的改进，提升了转台的谐振频率值。最后进行随机响应分析，输出转台上某结点的加速度曲线。这些相关数据和曲线为三轴转台的振动试验提供了理论支持。     

基于ABAQUS的三轴转台随机响应分析

运用ABAQUS有限元分析软件对某三轴转台模型进行模态分析,得出该转台的谐振频率及振型。通过对三轴转台进行了结构上的改进,提升了转台的谐振频率值。最后进行随机响应分析,输出转台上某结点的加速度曲线。这些相关数据和曲线为三轴转台的振动试验提供了理论支持。     

运载火箭飞行振动信号盲源分离方法

针对振动信号在火箭复杂结构传播过程中产生强卷积效应导致振动源信号提取精度低的难题,研究了一种基于卷积盲源分离的火箭振动信号自适应提取方法。该方法基于振动源之间的独立性,建立四阶统计量的目标函数,并采用随机梯度法实现参数的自适应更新,优化建立火箭复杂结构系统的逆滤波器结构,进而得到原始的振动源信号。通过对某运载火箭发动机的高频振动数据进行分析,结果表明：相比于线性自适应盲源分离方法、非线性自适应盲源分离方法,卷积自适应盲源分离由于考虑了实际中的卷积效应和欠定情况,分离结果中能够明显找到与涡轮转动和燃烧对应的频率,以及一些宽频激励,验证了提出方法的有效性。     

一种单喷嘴推力室燃烧内流场的方法

为了方便开展单喷嘴气气喷注器燃烧试验研究,设计了一种燃烧室壁面测温,并结合推力室燃烧流场的非稳态数值模拟的方法,以考察燃烧室内流场的发展和燃烧完成情况.应用试验数据对不同的湍流模型和燃烧模型进行了对比研究,得到与试验结果较为吻合的计算模型.并应用该方法开展了同轴剪切式喷注器氢/氧喷注动量比、燃烧室压力变化的试验研究.试验结果表明喷注器掺混燃烧效果随氢/氧喷注动量比增加而增强,而不随燃烧室压力的变化而变化.     

抗振晶体振荡器的仿真设计CSCD

本文介绍了利用仿真软件进行抗振晶体振荡器设计的方法,通过建立晶体振荡器结构仿真模型,对其力学特性进行深入细致的分析,并在此基础上对比分析减振材料的剪切模量和被减振物质量对晶体振荡器抗振性能的影响,优化晶体振荡器减振结构。然后,根据仿真设计制做了抗振晶体振荡器,并进行了随机振动试验。结果表明,试验现象与仿真结果基本一致,验证了仿真分析的有效性,且振动下晶体振荡器相位噪声达到-145d Bc/Hz@1k Hz,极大地提高了晶体振荡器的抗振性能。