微玻璃半球壳体谐振子的设计、制备与表征

近年来美国国防高级研究计划局大力推进三维壳体谐振陀螺(尤其是高性能半球谐振陀螺)的微型化,以实现惯导级性能的微机械振动陀螺。提出发泡法制备直径小于1cm的微壳体谐振子,利用发泡剂在高温下释放气体,使软化后的玻璃在气压差和表面张力的作用下形成三维轴对称壳体。大气环境下多普勒测振仪的测试结果表明,利用发泡法制备的微壳体谐振子的酒杯二阶模态的谐振频率为11kHz,频率分裂值为72Hz,相对裂解值为0.65%,相应的品质因子Q值约为970和1127。发泡法有望提供一种低成本、高性能微壳体谐振子的制备方法。     

燃气轮机燃烧室中的管路设计

燃气轮机燃烧室中的管路主要用于供油、引气和测试等,其重要性往往易被忽视,而成为故障易发部位。为了提高燃气轮机燃烧室管路部件的可靠性,从实际应用出发,分析总结了燃烧室的管路设计中需要考虑的管路材料、直径以及壁厚的选择,形状的确定,相配件的热膨胀协调、卡箍与支架的设计,振频及动应力计算与测试,焊接方式的选择与工艺控制,后期校形控制等主要因素。通过对以上各设计细节的控制,可以从根本上解决管路易出现的各种问题,降低燃烧室管路故障发生的概率。     

振动环境对相变组件热控性能影响的实验

为了研究振动环境对相变组件热控性能的影响，制备了基于纯硬脂酸和硬脂酸/泡沫铜复合相变材料的两种相变热控实验件，并进行了静止和振动环境中的热控实验。实验结果表明:泡沫铜的存在能够有效地强化相变组件的热控性能，在5000W/m2时，添加泡沫铜后平衡温度降低了19℃，有效热控时间延长了19.4%；在振动环境下，纯硬脂酸实验件的平衡温度降低了9.5℃，有效热控时间延长了13.2%；硬脂酸/泡沫铜实验件的有效热控时间延长了10.5%，振动带来的强迫对流能够有效强化相变组件的热控性能；并且相对于振动频率，振幅变化对影响结果的扰动较小，在一定的频率范围内，振动的影响随着频率的增加而变大。该研究可以为机载电子设备相变热控技术的应用提供参考。      

Standing wave drift of hemispherical resonator with quality factor non-uniformity under a ring electrode excitation

Hemispherical Resonator Gyroscope(HRG) is a classical high precision Coriolis Vibration Gyroscope(CVG), which performs attitude estimation of carrier by detecting the precession of standing wave of resonator, thus, the drift of standing wave of resonator has a great influence on the output accuracy of gyroscope, where the quality factor nonuniformity of resonator is one of main error sources. Ring electrode is a classical excitation structure of HRG because the standing wave can precess freely u...     

半球谐振陀螺仪谐振子品质因数不均匀引起的误差分析

 半球谐振子的品质因数不均匀性是造成陀螺仪输出误差的一个主要误差源,所以研究在参数激励以及位置激励两种模式下,谐振子品质因数不均匀对于陀螺仪输出误差的影响具有一定的理论意义。在引入半球谐振子的环形振动模型的基础上,首先考虑参数激励方式下,品质因数不均匀引起的进动角速率误差的表达式,仿真分析了不均匀性四次谐波对陀螺仪漂移角度的贡献,结果表明漂移角度为具有趋势项的振动曲线。然后在位置激励方式下,通过开环和闭环两种模式分别研究了品质因数不均匀的四次谐波对于输入角速率解算的影响,得出了当位置激励对准固有韧性轴时,解算的误差能够得到抑制的结论。总之,在两种激励方式下,品质因数的四次谐波分量都会导致陀螺仪出现输出误差。     

超精密机床减振分析

良好的减振措施是提高机床,特别是超精密机床加工精度的重要技术之一.本文以亚微米超精密车床为研究对象,论述了该机床从结构到材料选取上的减振特点,并重点进行了空气弹簧和空气静压轴承主轴减振分析,由理论分析和实验表明:减振措施合理,减振效果良好.     

基于A3200控制器的超精密机床控制系统的设计与应用

以一种新型的运动控制器—A3200控制器为核心搭建了数控系统硬件平台,对控制器的控制函数及直接命令进行了研究,基于机床的需求开发了数控系统软件平台。同时,结合A3200控制器与伺服系统参数整定与优化方法,对伺服系统参数进行了整定和优化,提高了系统的精确性和稳定性。最后,对半球谐振子进行了加工试验,验证了数控系统的控制性能及加工精度。     

Conditions for exciting the maximal gas vibration amplitude in a combustion chamber of the Helmholtz resonator type

In this paper, we present the results of calculating conditions for gas vibration excitement, sound pressure frequency and level as a function of mixture composition, geometric burner parameters and the resonator throat with constant capacity. We estimate in quantity the parameters influencing a vibration combustion process in the Helmholtz resonator with the inlet multichannel burner which result in the maximum possible gas vibration amplitude value.     

1200℃高温环境下板结构热模态试验研究与数值模拟

高超声速飞行器高马赫数飞行时,翼、舵及垂尾等板形姿态控制结构将会面临极为严酷的高温环境,为了获得难于实测的结构在高温与振动复合环境下的热模态参数,本文将瞬态气动热试验模拟系统与振动试验系统相结合,建立了高温热/振联合试验测试系统,实现了高达1200℃热环境下矩形板结构的模态频率等关键振动参数的试验测试。同时,对矩形板结构的热模态特性进行了数值计算,并将试验结果与计算结果进行对比验证。试验中通过自行研制的耐高温陶瓷导杆引伸装置将结构上的振动信号传递至高温热场之外,使用常温加速度传感器对振动信号进行参数识别;并运用时-频联合分析技术对试验数据进行分析处理。本文所获得的高温环境(200~1100℃)下矩形板结构的模态频率的试验结果与数值计算结果取得了比较好的一致性,验证了本试验方法的可信性及可用性。本研究结果为高超声速飞行器翼舵结构在高温环境下的振动特性分析以及安全可靠性设计提供了重要的试验手段和参考依据。     

基于FEM-PIM计及热效应的统计能量分析

结合有限元法（FEM）和模态坐标系下计及热效应的功率输入法（PIM），给出一种热环境下适用于复杂结构的统计能量分析方法.以各边简支的L型折板为研究对象，开展雨流载荷作用下的数值模拟验证方法的准确性.开展3种工况条件下热效应对统计能量分析参数的影响研究:①仅考虑热效应引起的材料力学性能变化;②仅考虑热应力引起的附加刚度效应;③同时考虑考虑两者影响.结果表明:温升影响材料力学性能的同时会导致耦合损耗因子减小，但对内损耗因子的影响不大；热应力引起的附加刚度效应对内损耗因子和耦合损耗因子的影响较大，两者均随温度的升高而逐渐减小；同时考虑两者影响时，热应力对统计能量分析参数的影响占主导地位，内损耗因子和耦合损耗因子均随温度的升高而逐渐减小；模态密度与温度的变化趋势基本一致.      

整体叶盘结构强度减振一体化设计方法

基于软件ANSYS,建立了整体叶盘参数化模型.结合轮盘强度设计应力标准,借助ANSYS优化模块,获得了满足强度要求的最轻整体叶盘模型.分析了整体叶盘的振动特性,研究了轮盘和叶型参数调整对整体叶盘固有频率的影响.在此基础上,研究了通过改变缘板厚度、罩量及叶型厚度等参数使整体叶盘避开低阶激振的结构设计方法.研究结果表明:对于鼓筒约束的整体叶盘,轮盘参数调整可提高整体叶盘低阶耦合振动频率与4E激振频率在最大转速的裕度为2.2%,而叶型参数调整对此裕度的影响可达8%.最终获得的整体叶盘模型在1阶振动避开5E以下激振,并与4E激振频率在最大转速的裕度达10.8%的基础上达到质量最轻,因避频质量增加4.77%,说明整体叶盘结构强度减振一体化设计方法是可行的.      

固体波动陀螺金属振子温度特性研究

温度性能是制约陀螺精度等性能的一个主要因素,在各类陀螺技术的研究 中都备受关注。温度因素对固体波动陀螺性能的影响主要体现在陀螺的测量精度以及零 偏, 究其根本原因是温度变化对金属振子的振动特性产生了影响。本文分别从理论推 导、仿真分析和实验测试方面研究了温度对金属振子振动特性的影响行为,为解决温度 对固体波动陀螺性能影响的改善提供了一种新途径。     

带阻尼套筒的某型发动机低压涡轮部件的动力特性分析

以某型发动机低压涡轮部件中带有阻尼套筒的后轴颈结构为例,运用有关理论对其固有特性和动力响应特性进行了全面的分析.对不同的激励形式(单点激励、旋转激励),阻尼套筒通过"移频"和干摩擦作用,均显示了良好的减振性能.在后轴颈和阻尼套筒的组合结构中,阻尼套筒的名义半径有最优值,此时干摩擦对结构振动的衰减效果最好;同时,对组合结构不同节径型的周波振动,阻尼套筒对振动的抑制效果也不同.通过该实例,对后轴颈的工程设计提出了合理的改进建议.      

热环境对飞行器壁板结构动特性的影响

 高超声速飞行器在巡航或再入过程中面临着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,对热防护系统结构的完整性和耐久性提出了严峻挑战。热环境下的动特性是进行结构动态响应分析和优化设计的基础,本文对四周简支的飞行器热防护系统金属加筋壁板热动特性进行了分析,使用有限元软件NASTRAN建立分析模型,基于理论和有限元方法获得了壁板结构热屈曲临界温度,研究了热环境对固有振动频率和固有振型的影响,对比分析了均匀和非均匀温度场对结构模态的影响。结果表明,壁板结构在热环境下易发生屈曲,热模态分析中需考虑热屈曲、大位移变形等因素。同时证实热环境对壁板结构动特性影响较大,结构的固有振动频率随热环境下弹性模量的降低而减小,热应力对结构的固有振动频率和振型都有影响,当温度场分布改变时,固有振动频率的变化规律基本相同,固有振型则不同。     

航空电液伺服系统阀套珩磨材料去除体积预测研究

针对珩磨加工阀套孔生产率低、加工精度难控制等问题,开展了内孔珩磨技术研究,通过分析9Cr18不锈钢珩磨过程中材料去除率的变化规律,提出一套适用于珩磨加工的材料去除体积理论公式.同时为使珩后孔不同轴向位置处的孔径趋近一致,需要在上下越程处增设停留时间,以此改进初始模型.基于初始模型与优化模型分别开展单因素珩磨试验,结果表...     

基于容限控制策略的结构振动鲁棒控制器设计

本文研究了一种直接满足控制性能要求的结构振动鲁棒控制的常增益反馈优化设计方法,提出了基于容限性能指标的控制设计准则,依据特征结构配置思想构造了反馈控制增益的优化设计程式,并辅以算例给出具体计算中的一些考虑。     

半球谐振陀螺的基础理论研究

针对半球谐振陀螺的几个基本理论问题,对包括环形谐振子和半球谐振子的动力学理论、控制理论和信号处理理论等进行了系统的阐述和总结,建立了包括谐振子振动频率和进动特性、激励系统稳定性、信号处理等在内的半球谐振陀螺的基本理论框架,以期为今后的具体工程提供理论指导。     

高速飞行器翼面结构热振动试验的TARMA模型方法

高速飞行器翼面结构的热振动试验研究对这类飞行器的设计和安全飞行具有重要的意义。采用时变自回归滑动平均(TARMA)模型方法建立了受热时变结构系统模态频率辨识的数学模型,并用一个数值算例进行了验证。将地面振动测试系统与瞬态热环境模拟系统相结合,设计了翼面结构热振动试验系统并模拟结构的瞬态温度场,同时对纯随机激振力激励下受热时变结构系统的振动位移信号进行测量,并用TARMA模型对时变固有频率进行了辨识,获得了前4阶固有频率随加热时间的变化规律,并将辨识结果与数值计算结果进行了比较,两者误差在5%以内。另外,在稳态均匀热环境下辨识得到的结构系统固有频率变化与数值计算结果也吻合得很好。通过将均匀温度场与瞬态温度场下的结果进行对比分析,指出了瞬态热环境下时变结构的固有频率随加热时间变化的趋势主要由结构材料属性的退化和结构内部不均匀热应力的影响共同决定。     

谐振式硅微传感器闭环系统动态特性影响因素

动态特性是传感器的一个重要的性能指标。本文分析了基于幅频特性的谐振式硅微压力传感器闭环系统的动态特性及其影响因素,并进行了相应的实验研究。由基于幅频特性的闭环系统内部控制过程得到影响闭环系统动态特性的因素有三个：谐振器固有频率对压力的响应时间;谐振器稳定振动的建立时间;信号处理与数据处理时间。对闭环系统内部控制过程及实验结果的分析表明,谐振器稳定振动的建立时间为主要因素。研究结果为设计闭环系统动态特性改善方案提供了依据。     

航空发动机外部管路的结构与动力学特征参数分析

针对航空发动机外部管路系统的动力学设计需求,采用理论计算与试验测试相结合的方法研究管路系统的关键设计参数及影响规律。研究结果表明:外径、跨度和弯曲角度是影响导管振动特性的主要结构与装配参数,随外径增大,导管基频提高;随跨度增大,基频降低;随弯曲角度增大,基频提高。而弯曲半径、壁厚和安装横向偏移对固有特性的影响很小,可不予考虑。导管充液后,各阶模态频率会略有降低,液体密度越大,影响越大;而流体压力和速度对模态特性影响很小,可不予考虑。