包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。
     

星箭锁紧装置黏滞摩擦系数的影响因素研究

星箭锁紧装置是卫星与火箭连接的关键机构。装置中的V形卡块在预紧力施加过程中,易发生偏斜,使得星箭分离配合面接触不均匀,产生应力集中,导致星箭分离面黏着磨损。研究了星箭锁紧装置中的V形卡块和上下端框的铝合金摩擦副在不同影响因素下摩擦系数的变化,探究了温度、正压力以及铝合金表面粗糙度对界面黏着和黏滞摩擦系数的影响。研究结果表明,硫酸阳极化处理的2A14T6-2A14T6比较适合作为摩擦副材料,在加工和锁紧过程中,应合理控制其粗糙度、温度和正压力,以避免黏着磨损。     

改进的螺栓连接结构建模方法及其在导弹设计中的应用

对存在接触、摩擦和预紧等非线性因素的螺栓连接结构有限元建模方法进行对比研究,建立了面向某型导弹舱段径向连接结构的求解效率高、适用性强的有限元模型,并分析求解。研究从不同形式的连接结构建模策略和螺栓预紧力施加手段两方面展开,通过基础平板连接结构,验证了4种组合建模方法的精度和有效性,对比优选出最优的建模方法。仿真结果表明,梁单元配合多点约束的建模方法配合直接施加法的预紧力施加方法,是一种可实现导弹舱段径向螺栓连接结构高效求解的有限元建模方法。本研究可作为导弹结构在方案设计阶段的理论基础,同时为下一步的结构优化设计提供有效的技术支持,具有一定的工程应用参考价值。     

考虑螺纹细节的螺栓预紧过程仿真分析研究

采用考虑螺纹细节的有限元模型对螺栓预紧过程进行仿真分析。研究了摩擦系数、支撑结构材料对螺栓扭矩系数、受力变形和螺纹扣的受力分配的影响。提出了根据螺栓变形计算螺栓相对刚度系数的方法。与传统的理论和经验结果对比表明,基于该精确模型的仿真能准确反映螺栓预紧过程,提高螺栓预紧力设计和强度校核准确度,为实现复杂连接结构螺栓预紧力精确设计和验证提供了有效解决途径。     

包带式星箭解锁装置预紧力影响因素分析

分析了温度和外载荷对包带式星箭解锁装置预紧力的影响,推导出包带预紧力变化的计算公式。结合某卫星的星箭解锁装置静力试验,对包带式星箭解锁装置在不同温度和外载荷情况下的包带预紧力进行了测试。结果表明:在温度变化时,包带预紧力变化计算值与实测值相差2.8%～4.3%;在外载荷作用下,对接面上的压力越大,预紧力增加越大,计算值与试验结果相差11.5%～23.5%。上述分析结果对包带预紧力的计算具有一定的参考价值。     

空间机械臂关节快换接口结构设计与分析

针对宇航员在轨出舱维护需求,提出一种机械锁紧与电气连接独立操作的快换接口,该快换接口具有在空间环境下拆装快速、拆装操作力小的特点,同时满足机械臂的刚度与承载能力。该接口由容差对接接口本体、机械连接锁紧装置、电连接器组件、电连接器插拔装置四个功能模块组成。采用双圆锥面配合设计容差对接凸凹本体结构。根据宇航员舱外操作的需求选择了具有平面浮动能力的快换接口电连接器,设计浮动装置使得该电连接器具有超行程量。采用曲柄滑块结构将操作工具的旋转运动转化为电连接器的直线运动,并基于驱动力矩最小确定曲柄滑块的参数。采用膨胀锁紧原理设计快换接口结构连接锁定装置,分析预紧力衰减对连接刚度的影响。     

基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究

横向振动是引起螺栓连接结构松动的重要原因。利用Hypermesh软件进行参数化建模,在建立带有螺纹升角的螺栓连接结构六面体网格精确有限元模型基础上,基于ABAQUS显式动态分析模块,通过接近实际工况的转角法拧紧螺栓,并施加横向正弦位移载荷,对横向振动下的螺纹连接结构松动情况进行多阶段、全过程有限元仿真分析,并设计了螺栓松动试验台进行螺栓松动实验,验证仿真方法的准确性。主要研究了横向振动前期螺栓扭转变形对螺栓松动情况的影响。结果表明,横向振动时的完全滑移先发生于支撑面处;在螺栓扭转变形完全回弹之前,预紧力的下降主要是塑性变形引起的,螺纹啮合处相对滑动不明显,此后,预紧力的下降主要是螺母回转引起的,螺纹处产生明显相对滑动,并提取了螺栓扭转变形回弹为0的节点。通过仿真和实验相结合的方法使分析结果更为准确。     

双脉冲固体发动机隔板预紧载荷数值分析

针对装配预紧力载荷容易导致双脉冲固体火箭发动机陶瓷隔板破坏的问题,利用ANSYS软件建立了陶瓷隔板组件的平面轴对称有限元模型,分析了陶瓷隔板与其支撑紧固件之间的相互作用。认为陶瓷隔板与紧固件之间接触压力引起的翘曲变形是引起破坏的直接因素,发现等厚度设计形式的陶瓷隔板对预紧载荷的承受能力不足,难以保证其安全装配。计算分析了各结构设计参数对提高陶瓷隔板预紧载荷承受能力的影响,发现修改紧固件结构成效不理想,较合理的方法是优化陶瓷隔板的设计形式,提高其预紧力载荷承载能力的同时兼顾较好的易碎性。     

气浮陀螺加速度表主轴承的哥氏效应研究

从理论上阐述了应用在惯性飞行平台上的气浮陀螺加速度表主轴承中哥氏效应产生的原因、危害以及补偿的措施。并分别利用经典的陀螺仪理论和速度三角形法求得陀螺力矩的大小,并得出在一定的条件下作用在钢球上的陀螺力矩对主轴承的破坏作用,从而使仪表的精度、可靠性和寿命降低的结论。为了改变这一状况,提出了补偿措施,即在马达轴向施加一定的预紧力。同时阐述了轴向预紧力施加的一般原则,预紧力一般计算方法,计算轴向最小的预紧力以及预紧力的直接和间接的测量方法。提出了施加预紧力的三种方法,即定位加载、定压加载和综合加载的方法,以满足仪表的主轴承能正常工作,并保证一定的工作精度和寿命。     

双片消隙齿轮动力学建模与参数影响分析

由于导弹的复杂工作环境，雷达导引头伺服系统对其动力学特性及传动精度有较高要求。为提高其传动精度，一般采用双片齿轮消隙的方式消除回程误差。采用集中质量法建立考虑时变啮合刚度及齿面摩擦的消隙齿轮动力学模型，将消隙齿轮视为两对通过扭簧相互耦合的啮合副，并将齿侧间隙引入作为接触判定条件。通过动力学仿真研究了扭簧预紧力矩和扭簧刚度对消隙齿轮系统动态传动误差及谐振频率的影响。研究表明:扭簧刚度对系统动态传动误差及谐振频率影响较小，而扭簧预紧力矩的增大有利于提高谐振频率和抑制一阶谐振幅值，降低负载波动对系统的影响。由于扭簧作用产生额外的载荷，扭簧预紧力矩的增加会增大系统动态传动误差。     

火箭发动机轴承摇摆试验技术

大推力火箭发动机摇摆过程中,摇摆轴承使用环境与轴承自身设计指标不同,在承受较大径向载荷的同时,还要承受一定的轴承载荷,并实现低速往复摆动。为获得轴承的静态承载能力摩擦系数及疲劳寿命等关键参数,设计了一种新的轴承试验系统,模拟轴承在发动机不同工作状态下的安装边界和受载形式。通过试验获得了相应的数据,试验结果表明:轴承静态...     

复合材料壳体轴压稳定性分析

利用有限元结构分析法,引入线性屈曲模态作为结构的初始几何缺陷,对复合材料壳体的轴压稳定性进行了非线性分析。将计算结果与线性屈曲分析及实验结果进行了对比,结果表明,由于初始缺陷等非线性因素的影响,结构的线性临界载荷高于非线性临界载荷,进行非线性分析是必要的。文中对壳体承受轴压能力进行了初步估计,可为复合材料壳体的稳定性工程设计提供参考。     

F6NM和GH4169摩擦副动摩擦系数研究

利用多功能摩擦磨损Plint TE-92试验机对镍基高温合金GH4169、F6NM和A不锈钢以不同配副方式组成的4组摩擦副在不同载荷和转速下的摩擦系数进行研究。研究结果表明,F6NM/F6NM、F6NM/A不锈钢摩擦副的摩擦系数随载荷增加而减小,随转速增加先减小后增大;GH4169/F6NM摩擦副的摩擦系数随载荷、转速增加先减小后增大;GH4169/A不锈钢摩擦副的摩擦系数随载荷增加先增大后减小,随转速增加缓慢减小。随着载荷速度(PV)值的增加,GH4169/F6NM,F6NM/F6NM两组摩擦副的摩擦系数呈先减小后增大趋势,GH4169/A不锈钢和F6NM/A不锈钢两组摩擦副的摩擦系数呈逐渐减小趋势。     

燃气发生器固定连接结构可靠性改进设计

为满足某火箭发动机燃气发生器固定连接结构长期贮存和长时间高温环境下可靠工作的要求,在保证原固定连接结构形式不变的前提条件下提出了改进设计方案。新的方案采用不锈耐酸钢和高温合金钢替换原普通碳钢,同时采用了新的焊接工艺方法。为了验证新卡箍连接强度和动态特性,进行了模态分析和动应力/动应变理论计算、强度破坏和振动试验。最后通过地面热试车和飞行试验对改进设计方案进行了验证,结果表明新的卡箍提高了结构连接可靠性,完全满足发动机使用要求。     

力/热环境下复合材料薄壁结构的分离动力学分析

基于显式动力学分析模拟了力/热环境下复合材料薄壁结构的分离过程，基于计及不确定性的Chang Chang失效准则评估了复合材料结构的可靠性，进而探究了气动力载荷和温度载荷对结构分离动力学以及复合材料结构强度可靠性的影响规律。结果表明：气动力载荷及温度的升高均会加速结构的分离过程；高温会显著影响结构脱离时刻的转动角度，进而改变了结构的脱离姿态；系统可靠性随温度载荷的升高而降低。     

薄壁加筋壳强度变差系数仿真预估方法研究

针对运载火箭结构价格昂贵，通过试验获取强度变差系数困难问题，提出了基于产品实测数据仿真预估强度变差系数方法。以轴压载荷作用下的1 m直径薄壁正交网格加筋圆柱壳试验件为对象，开展了实现技术途径及试验验证研究。测量并统计试验产品材料性能、结构尺寸及几何形貌不确定性；应用双重傅立叶级数对实测几何形貌表征，将其引入到结构理想有限元分析模型，实现极限强度精确仿真分析；采用混沌多项式展开（Polynomial Chaos Expansion，PCE）代理模型，实现考虑关键参数不确定性的极限强度高效模拟打靶和强度总体变差系数预估；并开展了3个试验件的轴压强度破坏试验验证。结果表明，预估的强度变差系数可很好包络试验样本变差系数，具有较高可靠性的同时，相对历史统计数据有较大降低，对实现结构可靠性安全系数的精确量化设计，挖掘现代先进结构承载潜力有重要意义。     

高压载荷下旋转动密封结构转动力矩分析

对于高压下的旋转密封结构,开展O型橡胶圈的摩擦力矩影响因素分析,同时对摩擦力矩的近似解析算法和有限元算法进行计算对比,分析近似解析算法方法产生误差的原因,并利用地面压力容器试验装置进行计算结果的验证,得出近似解析算法仅适用于低压环境,而有限元计算结果对高低压环境均适用。     

涡轮泵滚动轴承-转子系统高速运行试验研究

针对涡轮泵转子的具体结构特点,解决了高速运行试验过程中的支承、驱动、轴承润滑冷却、振动测量、转子高速动平衡及轴向力加载控制等问题。结合旋转机械故障诊断技术,提出了高速动平衡效率、转子支承状态及轴向力加载状态的优化方法,并在试验过程中对该优化方法进行了验证,实现了涡轮泵转子的高速稳定运行。结果表明:涡轮泵转子高速运行试验应采用刚性连接的柔性联轴器;涡轮泵转子高速轴承需采用高压直喷式供油;通过平衡效率优化可将非线性振动影响下的转子一次平衡效率由30%提高至73.7%;为避免高速运行时产生基础松动,试验中滚动轴承外环应采用紧配合安装;轴向力应沿轴承周向均匀加载,其大小应根据轴承-转子系统具体结构及运行状态综合分析确定。     

新一代地球同步轨道气象卫星结构热变形分析

根据用MSC.PATRAN软件建立的整星有限元模型,对某地球同步轨道(GEO)气象卫星的结构热变形进行了计算。分析建模中铝蜂窝夹芯板线膨胀系数和未考虑板厚时热载荷场的影响。给出了高/低温、铝合金/碳纤维蒙皮四种不同工况的整星最大变形和有效载荷安装板对地变形角,并由此得到了整星和有效载荷板Y向的热变形图。分析结果表明,结合相关型号热真空试验数据,该法可有效地准确获得整星的热变形,对工程设计具有一定的参考价值。     

燃气喷射角度对含硼固体火箭超燃冲压发动机补燃室燃烧效率的影响

固体火箭燃气超燃冲压发动机具有高比冲、结构简单、流量易调节等优点,然而在超音速空气流的补燃室中,如何让燃料更好地与空气掺混,增加颗粒停留时间,在较短时间内释放出更多的燃烧焓成为目前研究的重点。采用Realiazble k-ε湍流模型,单步涡团耗散模型,在King的硼颗粒点火燃烧模型的基础上考虑了硼颗粒在高速气流当中的气动剥离效应,利用龙格-库塔算法迭代计算硼颗粒点火燃烧过程,对燃气进气方向与轴向夹角从45°~180°的10种进气方式下的补燃室进行了三维两相燃烧流动计算,分析了各种进气角下的燃气燃烧效率、硼颗粒燃烧效率以及总燃烧效率。结果表明:当一次燃气喷射角度与轴向夹角逐渐增加时,燃气与颗粒燃烧效率逐渐增加,并在180°时燃烧效率和比冲为最高。