旋转冲压发动机冲压转子振动模态分析

简要介绍旋转冲压发动机冲压转子设计的工作原理及安装结构,以ANSYS有限元分析软件为平台,建立发动机冲压转子的有限元模型,并对转子结构进行模态分析,获得转子的前十阶模态固有频率、振型.对刚性支承和弹性支承情况下转子模态进行了对比分析,分析结果表明,拟定的工作转速均有效地避开了一阶临界转速.同时,分析结果为下一步进行详细的旋转冲压发动机分析打下基础.     

旋转冲压发动机冲压转子盘腔冷态流场数值模拟

旋转冲压发动机是一种没有叶片和活塞的基于冲压压缩技术的新概念发动机,冲压转子是其惟一的核心转动构件。通过应用商用CFD(NUM ECA)软件,基于三维定常N-S方程和B-L湍流模型,对旋转冲压发动机冲压转子盘腔冷态流场进行了数值模拟,着重分析了其旋转冲压压缩效果和流场结构。分析结果表明,冲压转子能有效实现超声冲压压缩,进气道激波结构类似于超声进气道,但略有差异;盘腔内流场结构是带有周边小旋涡回流和低压中心区的大旋涡结构,这种流场结构有利于燃油供应和燃烧组织。     

冲压空气涡轮释放过程运动学分析

冲压空气涡轮作为飞机上的应急能源,能在出现紧急情况时提供电能,保证飞机上电传操控和电子设备的正常工作。本文以冲压空气涡轮为研究对象,基于机械运动原理对系统模型进行了简化,基于刚体假设,结合MATLAB软件从理论上研究结构在释放过程中的运动学问题。给出了冲压空气涡轮系统释放过程中各个关节空间位置的理论求解方法,得到了关节在空间中的运动轨迹和对应的速度时间曲线、加速度时间曲线,结果表明:冲压空气涡轮系统的释放过程在1 s以内,释放速度较快,且各关节在释放初始阶段速度、加速度响应较大。本文的工作可为后期不同冲压空气涡轮系统构型的初步设计提供理论依据,指导冲压空气涡轮释放的仿真计算和试验。     

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。     

基于空间7R机构的联轴器运动学及动力学仿真

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了基于空间7R机构的联轴器的仿真模型,并进行了运动学和动力学仿真分析;结合有限元仿真分析软件ANSYS,进一步对该联轴器在转动过程中的应力变化进行了分析。为基于空间7R机构的联轴器的设计提供了理论依据,通过CAE仿真软件对基于空间7R机构的联轴器进行运动和动力性能分析,为该联轴器的实际应用以及进一步的分析打下了良好的基础。     

飞机主起刹车冲压空气冷却系统性能分析

从理论分析和试验研究两个角度研究了冲压空气冷却主起落架刹车系统性能随飞行条件、起落架舱反压等的变化。理论分析部分由冲压空气冷却系统进气口处的附面层理论，推导出冲压空气经过进气口的压力恢复系数，从而得到冷却系统各部分分流量的变工况特性。为验证理论分析结果，进行了冲压空气冷却系统的全尺寸模拟试验。试验结果与理论分析结果进行比较后发现两者基本吻合，说明了理论分析方法的正确性，因此本文提出的理论分析方法可为设计主起刹车冲压空气冷却系统提供理论指导。     

空天飞机超燃冲压发动机燃烧室的气动设计

本文首先说明了单级入轨的空天飞机采用超声速燃烧冲压发动机的必要性。采用一维气体流动的关系式分析了超燃冲压发动机燃烧室的性能和气动设计,然后介绍了NASA Langley 研究中心关于超燃冲压发动机燃烧室气动设计研究工作的主要结果,重点介绍了混合、点火和冷却等问题。最后,讨论了超燃冲压发动机燃烧室气动热力学的地面试验技术与计算流体力学方法。根据试验结果与计算结果,分析了典型超燃冲压发动机燃烧室的性能。     

冲压加速器的冷发射试验

冲压加速器是一种利用化学能将弹丸加速到7km／s的新装置，在航天工程和常规兵器领域具有极大的潜在应用前景，美、法、德、日、韩等发达国家纷纷开展此项研究，并取得了令人鼓舞的初步成果。本文首先描述冲压加速器的原理，然后介绍了我国第一座冲压加速器─—气动中心超高速所的37mm口径冲压加速器，以及已成功完成的冷发射试验。     

火箭冲压组合发动机燃烧的若干基础问题研究

火箭冲压组合发动机包含多个工作模态,不同模态灵活组合的优势使其具有宽速域和广空域的工作特点,兼具加速和巡航的优点.火箭冲压组合发动机燃烧室中存在着亚声速、跨声速和超声速共存的流动结构,具有流动速度高、混合时间短、反应强度大、燃烧空间受限和波系结构复杂等特点.围绕火箭射流的强剪切性、燃烧模式的多样性和燃烧过程的动态性,分析了火箭冲压组合发动机的流动与燃烧特征,总结了面向发动机的高速湍流燃烧研究进展,研究了火箭冲压组合发动机中超声速反应混合层的生长特性、燃烧模式与空间释热分布和动态燃烧特性等问题.通过对碳氢燃料详细化学动力学机理的简化、校验,获得了分别适合于工程计算和细致燃烧机理研究的总包反应与框架机理.从火箭射流主导的反应混合层生长模型,宽范围、变来流工作中流动燃烧过程的不确定性和碳氢燃料动力学的简化与加速算法研究出发,提出了火箭冲压组合发动机基础研究中需要突破的问题,为认识发动机中多尺度燃烧机理、优化多模态燃烧组织提供参考.     

冲压空气引射进气道流场数值模拟

飞机空调冷却系统通过冲压空气进气道引入冷却空气。为了给飞机电子设备散热提供更大的冲压空气引气量,考虑在冲压空气进气道中安装引射器。针对5和10 km两种飞行高度,采用数值方法研究了飞行马赫数为0.2～1.2的冲压空气进气道以及冲压引射进气道流场。研究结果表明,在同一高度上,冲压引射进气道内的质量流量增比随着飞行马赫数的增大而减小。在低空低速时(飞行高度为5 km,飞行马赫数为0.2),引射器对增加引气量的效果较好,冲压空气进气道内引气量提升约为96.87%。本文的冲压空气引射进气道研究可以为飞机空调冷却装置的改进提供理论参考。     

独立桨叶变距对旋翼振动载荷影响规律分析

独立桨叶控制技术(Individual blade control,IBC)能够改善旋翼气动环境,降低桨毂振动载荷。本文采用Leishman-Beddoes动态失速模型和动态入流模型计算旋翼非定常气流下的气动响应;通过动力学软件ADAMS建立旋翼气弹动力学模型计算桨毂载荷;在周期变距基础上施加二阶和三阶谐波变距进行控制仿真,研究独立桨叶高阶谐波变距对桨毂载荷减振作用的规律。仿真结果表明,通过改变相应变距谐波的幅值和相位,能够使得振动水平大幅降低并达到最优。     

起落架着陆动态仿真分析模型及参数优化设计

以支柱式起落架飞机为原型，建立了一个适用于ADAMS软件的起落架着陆动态性能分析模型，并进行了仿真分析和参数优化设计。仿真分析结果与试验结果比较有着较好的一致性．参数优化设计有着很好的参考价值。研究结果表明，基于ADAMS软件进行飞机起落架仿真分析是切实可行的，从而为在ADAMS软件基础上进一步开发飞机起落架数值样机作出了有意义的尝试。此外，与编写FORTRAN源程序比较，利用ADAMS软件可节省大量的人力与时间，精度可靠，便于优化分析与改进设计，通用性好。     

动力入流对旋翼操纵导数影响的研究

动力入流理论把旋翼扰动运动所引起的气动力变化和诱导速度变化直接联系起来,是一种简便而实用的旋翼非定常气动力模型。本文把动力入流模型引入旋翼操纵响应分析,建立了一套计算旋翼操纵力和力矩的分析模型,并在旋翼模型试验台上进行旋翼悬停操纵导数试验。通过试验值与理论值(计入和不计入动力入流)的对比分析,证明了动力入流模型的适用性,初步弄清了不同条件下动力入流的影响程度。本文还用一个简化模型分析了动力入流对不同型式的旋翼(无铰式、根部较柔软的无铰式和铰接式)的影响程度,得出了与传统观点不同的结论。     

Rubbing-Induced Vibration Response Analysis of Dual-Rotor-Casing System

Considering gyroscopic effects caused by rotational speed,torsional vibration as well as coupling effects among inner rotor,out rotor and casing,a dynamic model of the dual-rotor-casing system is established using finite element(FE)method.By comparing the natural characteristics obtained from MATLAB and ANSYS,the developed model is verified.Then rubbing-induced vibration responses in dual-rotor-casing system are analyzed.The effects of rotational speed and speed ratio on rubbing vibration responses of the system are discussed.Results show that different combined frequency components will appear in the spectrum except two unbalanced excitation frequencies and their multiple frequency components,and these frequencies can be used as the dual-rotor aero-engine rubbing failure diagnosis frequencies when rubbing occurs.Besides,the amplitude of torsional vibration is larger than that of lateral vibration under the same working condition,and speed ratio has a great impact on the periodicity of the system rubbing-induced motion trajectory.The amplitude of rubbing-induced responses under counter-rotation is less than that under co-rotation with the same parameters.     

基于流-固耦合方法的涡轮叶片热应力仿真

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流-固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流-固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进,其分析方法对类似问题的处理也很有借鉴意义。     

多面体网型空间抓捕机构的设计与分析

提出一种面向空间服务需求的新型多面体网型空间抓捕机构,以3-RRS并联机构为本体,将其动平台用空间单闭环六杆机构Bricard机构替代,通过Bricard网口的缩放运动和本体的包拢变形对空间目标进行抓捕以及位置和姿态的调整。通过在ADAMS软件中进行仿真来验证其抓捕过程,并以仿真所得关节受力情况为基础,在ANSYS软件和I-DEAS软件中进行仿真分析,对所提出的多面体网型空间抓捕机构进行强度分析与热平衡分析的工作,确保其机械结构强度和对热环境的适应性能够满足实际使用的需求。理论分析和仿真试验结果表明:该机构可满足空间目标抓捕任务的需求。     

倾转旋翼/机翼耦合系统过渡飞行瞬态响应分析

基于多体动力学方法建立倾转旋翼机过渡飞行瞬态响应分析模型,研究过渡飞行状态下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性;通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲影响,修正直升机旋翼常规动态入流模型。集成非定常动态入流方程与倾转过渡飞行的多体动力学方程,建立倾转旋翼机过渡飞行状态下时域非定常耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例,分析倾转旋翼机倾转过渡飞行瞬态响应时间历程。数值计算表明:本文建立的时域模型能够快速有效分析倾转旋翼机在过渡飞行时的瞬态特性,能够反映倾转旋翼机旋翼/机翼间复杂的气弹耦合动力学关系。     

直升机旋翼旋转状态下浆叶固有频率的测试

直升机旋翼固有频率的合理配置是其动力学设计的关键之一，除了分析计算外，在型号研制中还必须进行试验校验。本文介绍了一种对全尺寸旋翼在旋转状态下通过自动倾斜器激振，对应变响应的分析找出其固有频率的试验方法。针对旋翼试验中干扰因素多等特点，提出了一种将时域数据分段处理的新方法，在找挥舞二阶固有频率的过程中，经过认真的分析研究，对一个与之接近的频率给出了合理的解释。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。