基于动网格的火箭橇刹车系统仿真研究

为了解决火箭橇刹车系统工作时的非稳态特性在流场分析中难以采用相对 运动理论及迎风阻力的算法问题,采用Fluent 动网格技术对缆绳水刹车以及戽斗水刹车 进行了非稳态工况仿真计算研究,得到了缆绳水刹车的刹车力特性曲线以及戽斗水刹车 的刹车力随时间变化曲线,缆绳刹车仿真结果与理论解析结果进行了对比吻合较好。戽 斗水刹车进行了仿真和试验值对比, 结果表明水戽斗在750m/s 速度下仿实误差为 3.92%,在590m/s 时仿实误差为6.01%,该计算为火箭橇刹车工程设计提供了算法参考。     

单轨火箭橇阻力板刹车技术研究

简要介绍了火箭橇刹车技术, 着重阐述阻力板刹车技术原理, 阻力板设 计、优化方法,并以某型试验为例,对阻力板在多级单轨火箭橇试验中的应用方法以及 阻力板设计,气动仿真结果进行详细分析和研究。该研究首先通过气动仿真分析对已完 成试验的火箭橇进行气动分析计算,通过对比试验结果验证分析计算的正确性;再通过 相同的方法对某型设计有阻力板的火箭橇进行分析计算,计算出此火箭橇气动阻力。分 析显示,本研究有效提高了火箭橇无损回收的可靠性。     

火箭橇系统的摩擦力分析与计算

根据火箭橇动态试验非线性和非定常特点，以及火箭橇与轨道的摩擦特性，对某型火箭橇系统进行了动力学分析、建模和流场数值模拟，界定了不同运动状态的动力学特点，得到了系统的气动力特性。研究结果表明:在60～90m/s速度条件下，该型火箭橇阻力系数约为0.58，升力系数约为0.003，气动力主要表现为气动阻力，升力与火箭橇自重相比相对较小，约占自重的0.5%～1.2%。同时结果表明，火箭橇运动速度是影响摩擦因数的主要因素，摩擦因数随运动速度的增大而减小。在数值模拟和试验数据基础上，确定了幂函数形式的摩擦因数计算公式，公式以运动速度为底数，系数为2.554，指数为-0.756。并在多种工况下，对火箭橇运动参数进行预测和验证，与试验数据符合良好。      

惯导装置精度试验火箭橇弹道设计

以9km 火箭橇试验设施为基础, 就惯导装置精度试验所需的长时、大过载 弹道条件, 提出了一种火箭橇弹道的设计方法。建立了火箭橇主动段和刹车段运动方 程, 针对火箭发动机推力、气动力、摩擦力和刹车力等主要动力学因素, 结合工程经 验,提出了选取原则和方法。以某惯导装置精度试验为背景,设计了火箭橇试验弹道, 通过试验验证,设计结果与实测数据基本一致,满足总体要求,并对其中出现的主要误 差进行了分析和评估。该研究能够为惯导装置开展精度试验奠定良好的火箭橇弹道设计 基础。     

火箭橇运动计算算法优化与试验验证

对火箭橇试验系统进行了动力学分析,研究了火箭橇运动计算方法,在常规算法基础上对各参量计算方法进行改进,并引入了新的参量能量耗散阻力,进而得到优化算法。取四次不同速度的双轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为7.67%,误差最大为37.91%,优化后算法计算结果误差最小为0.48%,误差最大为5.0%;取四次不同速度的单轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为11.78%,误差最大为43.64%,而优化算法计算结果误差最小为0.11%,误差最大为5.31%。结果表明火箭橇运动计算优化算法相比常规算法能有效提高计算结果精度,计算结果对火箭橇试验设计具有一定工程指导意义。      

火箭橇结构动力学仿真分析技术研究

火箭橇系统是一种以火箭发动机为动力沿地面固定轨道高速飞行的地面试 验设备,在试验过程中,其外界激励复杂,所提供的力学环境条件较为恶劣,因此在试 验前对火箭橇结构系统进行动力学分析在火箭橇结构设计中是必不可少的。主要针对某 火箭橇减振结构平台进行动力学分析, 利用ANSYS 的动力响应分析系统对典型火箭橇 减振结构系统进行模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析以及谱分析的仿真分析,并与 实验室结果进行了对比分析。通过以上分析可以解决火箭橇减振设计中的振动分析问 题,并对结构的减振设计提供依据。     

超声速双头导引头火箭橇气动加热仿真研究

通过紧耦合方法对超声速流动与结构温度场进行耦合计算。首先介绍了超 声速气动加热的基本理论,其次利用Fluent 软件对初步设计的双头导引头火箭橇进行气 动加热仿真分析,建立了流体-热耦合的仿真分析方法,得出不同时刻导引头与陪试品 表面对应点的表面温度在逐渐升高,但是增长幅度在逐渐减小,两者具有相同的变化趋 势; 不同时刻导引头与陪试品表面对应点的热流具有相同的变化趋势,是逐渐下降的。 对以后在双头导引头火箭橇试验中,映射、推导导引头表面的温度具有重要的指导意义。     

低亚声速火箭橇尾流场特性分析

采用三维不可压Navier-Stokes方程和Realizable k-ε湍流模型,对低亚声速条件下火箭橇试验的流场进行数值模拟,得到了有/无护板火箭橇的流场特性,并对比分析了火箭橇尾流场与飞机尾流场。结果表明,60~90m/s速度条件下,火箭橇受到的气动阻力约为自重的4.8%~8.6%,阻力系数约为0.65,气动升力仅为自重的0.84%~1.9%,升力系数约为-0.005,动力学分析中可以忽略气动升力的影响。不同来流速度下,尾流探测区的无量纲流向速度差值小于8%,无量纲压力差值小于0.5%。低亚声速情况下,来流速度对尾流场特性的影响可以忽略。此外,火箭橇尾流场结构与飞机尾流场结构具有较好的相似性,满足相关速度条件下的动态试验要求。     

戽斗式反推力装置气动特性数值仿真研究

在发动机短舱系统上设计反推力装置是民用飞机减小着陆滑跑距离、减轻起落架刹车系统负担的重要手段,对于主体不易更改的发动机而言,戽斗式反推力装置具有原理简单、实施方便等优点,是较好的设计选择形式。 戽斗包角是此类反推力装置设计中的重要参数,对反推性能有较大影响。 为了全面研究不同戽斗包角对反推性能的影响规律,基于某型涡轮风扇发动机设计了戽斗式反推力装置初步方案,并对反推力装置工作时的流场分布进行了数值仿真研究,着重分析了反推力及反推效率的变化情况。 研究结果表明:在所研究的角度范围内,随着戽斗包角逐渐增大,反推力及反推效率先增大后减小,包角为 110°时,反推效率最高;但是,在接近于停机状态的小速度条件下,戽斗包角相对较小时,反向排气流会被大量吸入进气道内,从而影响发动机的正常工作;通过对比不同方案的计算结果,给出了戽斗包角的设计建议值,可为反推力装置的详细设计及后续工程应用提供参考。     

导引头火箭橇试验振动力学环境控制技术研究

针对导引头系统的特点, 从火箭橇试验系统的振动源分析, 开展导引头系 统火箭橇试验的振动力学环境控制技术分析,通过对火箭橇体结构的气动优化设计及聚 氨酯泡沫填充剂的吸振作用和硅橡胶的减振作用的组合方式相结合降低导引头系统振动 环境,并利用仿真分析和火箭橇试验验证力学环境控制系统设计的合理性。     

航空发动机起动过程摩擦阻力矩计算分析

扭矩特性分析是航空发动机起动仿真数学模型建立的重要环节,其中摩擦阻力矩因缺少相应的经验公式难以确定。为了得到起动过程的摩擦阻力矩,借助于某型发动机台架试车数据,根据转速变化率与扭矩的关系,在冷态和热态2种条件下分别对转速变化率和阻力矩进行计算,得到了冷、热态下发动机起动过程摩擦阻力矩,并分析了大气温度对冷态阻力矩的影响规律。以此建立起动过程数值仿真模型,完成了摩擦阻力矩对起动过程转速的影响分析。计算结果表明:摩擦阻力矩随着发动机转速的增加呈减小趋势;在冷态条件下,随着大气温度的降低,摩擦阻力矩逐渐增大;起动过程转速变化率随之减小。     

机载雷达天线伺服控制扰动观测器建模仿真

机载雷达天线伺服控制的精度是雷达系统精确搜索、识别和探测目标的重要指标之一。由于风速和载体运动速度的影响,雷达天线做扫描运动时会承受较大的空气阻力,空气阻力随着时间和扫描运动角度的变化而变化,使雷达天线伺服控制产生附加负载扰动转矩。为了尽可能减小扰动对雷达伺服控制精度的影响,本文提出一种基于扰动观测器的雷达天线伺服控制解决方案。建立雷达天线伺服控制系统的动力学模型、伺服控制模型,将空气阻力产生的附加转矩通过扰动观测器引入被控对象的控制输入端进行补偿,并对不同风速影响进行建模仿真和试验分析。结果表明：基于扰动观测器的雷达天线伺服控制精度有显著提高。     

Optimization and improvement of ac resistance calculation method for multi-phase parallel-wiring cables

Parallel-wiring cables are often used in multi-phase AC aircraft Electrical Power Systems(EPSs). However, it complicates the ac resistance estimation. To solve this issue, an analytical resistance calculation method for parallel-wiring cables in multi-phase EPS was proposed. Firstly, the existing calculation formula of proximity factor was optimized, and the calculation error was reduced from 16% to 2% when two conductors are close to each other. Afterwards, the superposition effect on current d...     

三转子单相调压调速电动机的设计研究

三转子单相调压调速电动机具有控制简单、价格低廉、调速范围宽等优点,尤其在低速运行下有较好的散热条件。这种电机的定子与普通三相感应电机定子相类似,而转子采用复合结构,包括主转子、杯转子和风扇转子。因此,电机的磁路定子侧为共磁路,到转子侧分成两条支路,其分析计算有一定的特殊性。本文分析介绍了这种电机的工作原理,包括磁路结构、等值电路、杯转子电阻的有限元计算和T-S曲线的计算。通过试验电机的计算和测试,得到了令人满意的结果。     

涡扇发动机低压轴断裂故障在线检测方法

针对低压轴断裂易引起涡轮飞转的问题,需在运营环境中进行涡扇发动机低压轴断裂的机载在线检测。采用机载测量的高压物理转速和低压物理转速等参数,建立了基于物理转速变化率和转差关系的低压轴断裂故障在线检测方法。通过发动机工况仿真识别了能够准确区分正常加减速过程、喘振过程和断轴过程的物理参数,设置了检测判定逻辑和判定阈值。结果表明:在断轴后的0.1 s内,低压转速变化率出现瞬间最小值;在0.2 s内,高压转速变化率变为正值。该方法检测响应时间为0~0.5 s,可以实时检测出低压轴断裂故障,有利于控制系统及时采取停车等处理措施以防止核心机被损坏,不会由于发动机正常停车、加减速、喘振和高压轴断裂而导致虚警,检测可靠性高,具有较高的工程实用性。     

涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法

为便于开展涡扇发动机过渡态控制规律的正向设计,提出了一种基于模型的定状态控制规律设计方法。通过固定发动机加减速过程中的转速状态量,逆向求解满足物理约束条件的最优燃油量,获得发动机最优加减速控制规律。以某涡扇发动机为例,使用该方法基于部件级模型动态仿真分别设计了发动机过渡态开环油气比控制规律与闭环转子加速度控制规律,结果表明:两种控制规律仿真结果基本一致,满足最短加减速时间的要求,发动机高、低压转速仿真曲线与设计状态一致,发动机涡轮出口总温、燃烧室余气系数和喘振裕度等主要参数均未超限,验证了所提出的涡扇发动机加减速控制规律定状态设计方法的正确性和有效性。      

航空发动机整机性能仿真中的功率平衡方法

提出了一种在CFD三维整机仿真中实现功率平衡的计算方法。推导确定了决定平衡关系的关键变量:涡轮前温度与物理转速。提出了基于稳态流场和功率经验关系实现功率平衡的数值迭代方法。本文将该迭代方法与CFD三维求解耦合,发展了一种可用于三维整机CFD耦合仿真的功率平衡计算方法。采用该功率平衡计算方法对MTJ-80涡喷发动机开展了三维整机CFD数值计算,实现了整机性能三维仿真与控制规律的耦合和预测。在控制燃油量不变的条件下,通过转速迭代可以实现压气机和涡轮的功率差小于0.1%,可以预测固定燃油供给量条件下所能达到的稳态运转转速。在控制转速不变的条件下,通过调节燃油量实现压气机和涡轮的功率差小于0.15%,可以预测固定转速条件下的燃油流量。数据验证结果表明:该功率平很给计算方法可以与CFD三维整机计算耦合,并且具有很强的收敛性,解决了以往整机三维性能仿真过程中的功率不平衡问题。      

短距起飞垂直着陆推力矢量无人飞行器减速过渡控制律设计

为实现短距起飞垂直着陆(STOVL)无人飞行器在推力矢量控制下的减速过渡,研究减速过渡阶段的控制律综合设计方法.首先通过分析STOVL无人飞行器减速过渡性能,对减速过渡推力矢量控制方案进行了评估;然后采用隐式动态逆方法设计导引律,为STOVL无人飞行器按预设任务减速过渡提供可达的控制指令;最后采用改进的特征结构配置方法进行内环控制律设计,跟踪导引指令并保持姿态稳定,伴随动压降低加入姿态喷管控制,辅助气动舵面稳定姿态.由全量六自由度飞行仿真结果表明:当减速过渡速度低于最小平飞速度以后,STOVL无人飞行器依然保持良好的航迹跟踪和姿态稳定.该方法完全采用直接配置法,有利于随控布局总体方案的快速评估.      

环境小偏差条件下涡轴发动机轴功率及其不确定度计算方法

对涡轴发动机高空模拟试验性能处理方法作了研究,利用小偏差和传统的相似换算理论研究了涡轴发动机轴功率计算方法,推导出了环境模拟小偏差条件下的轴功率计算公式。试验结果表明:在小偏差条件下,该计算方法得到的误差比相似换算的误差低0.2%~0.6%。给出了小偏差条件下的换算轴功率公式和不确定度计算公式。该轴功率计算方法和不确定度计算方法可以为相关工程技术人员提供技术参考。      

带应急气囊直升机水上漂浮稳性研究

为了研究带应急气囊直升机完整和破损情况下水上漂浮的横向稳定性,首先通过等排水量理论计算方法分析带应急气囊完整直升机的横向静稳定性和动稳定性,并研究了直升机重心不同位置对稳定性的影响,得出了重心处于后限、重心离水面越近时,直升机具有更好稳定性的结论;其次,在直升机破损情况下,建立直升机与破损舱室的模型,得出了破损直升机的漂浮稳性;最后通过其破损条件,对破损直升机漂浮时间进行了分析。