航天飞机动力装置中气体发生器的新型组合阀门

Moog 公司空间产品部研制出一种新型的用于航天飞机轨道飞行器辅助动力装置(APU)中的推进剂组合控制阀门,该系统需要一个工作介质为肼的组合阀门,这种组合阀门要求能够承受11MPa 的工作压力且不受压力波动的影响,工作寿命高达450000次以及要求阀门出口能够抵抗恶劣的化学环境的影响。组合阀门的设计难点在于:非焊接零件要求是可以拆御的并且允许返修后重新使用;薄壁零件因受到承压的限制而无法使用;承压焊接零件(线圈壳体)必须能够进行检查。更为团难的是阀门内部螺纹连接件的可靠锁紧问题,因为在组合阀门内部采用通常的打保险或开口销这样的锁紧技术是不合适的。阀座设计采用弹性支承结构,以减小阀门工作时作用在密封面上的冲击力,从而提高阀门在允许泄漏率下的工作寿命,此外,弹性支承阀座还可以产生约1°的补偿角度,使阀芯和阀座之间的密封面紧密贴合。组合阀门有三个阀座密封面采用“金属—金属”密封结构,这种密封结构允许存在一定的泄漏率,还有一个阀座密封面采用“金属—聚四氟乙烯”密封结构,它的液体泄漏率可以做到为零,但其工作寿命降到60000次。四个阀座密封面均有沿介质流动方向的密封泄漏率要求,其中三个阀座密封面还有沿介质流动反方向的密封泄漏率要求。试验结果表明:这种组合阀门的设计是成功的,获得了令人满意的动态特性(阀门的响应时间小于40ms),其中三个阀座的液体泄漏率不到其正常流量的0.04%,而另一个阀座的液体泄漏率为零。此外,组合阀门的工作寿命超出设计寿命的4倍(180万次)。     

充气阀阀芯直接模压成型工艺研究

针对充气阀阀芯在批次和典型试验后分解出现的掉胶、脱胶问题,对阀芯压制方法、橡胶与阀芯基体的粘接等进行了研究。确定了阀芯直接模压成型方法的工艺状态。产品试验结果表明,阀芯在批次和典型试验后掉胶、脱胶问题已基本得到解决,直接模压成型工艺可以生产出满足要求的充气阀阀芯。     

减压阀启动振荡分析与抑制研究

为了解决某型姿控发动机减压阀压力振荡导致阀芯密封面损坏,进而影响调压功能的问题,对其启动过程出口压力振荡和抑制方法进行了研究。基于AMESim仿真平台建立了减压阀仿真模型,分析了阀芯行程和限流孔对减压阀启动特性的影响,结果表明:减小阀芯行程和增加限流圈均有利于抑制减压阀启动过程出口压力振荡。基于此优化了阀芯行程,并在入口增加限流圈,试验表明改进后的减压阀出口压力相对平稳,振荡现象得到有效抑制。     

珠承喷管压痕影响因素及控制的实验研究

采用滚珠/无限大平板接触模型代替珠承接头模型,研究了压痕深度的影响因素。实验结果表明,平面度即加工精度并不是影响压痕深度的主要因素;材料表面硬度与工作压强是影响压痕深度的主要因素。压痕深度随材料表面硬度的降低而增大,随工作压强的增大而增大。建议在进行珠承喷管设计时,所选的阴阳球材料表面HRC硬度不小于59。     

某型号产品低压泄漏故障的失效分析

某型号产品进行水压试验,升压到2MPa时出现低压泄漏故障,通过对故障裂纹失效原因的微观观察、金相分析及超声检测分析,确认了原材料的裂纹折叠缺陷是导致产品低压泄漏的原因;并制定了整改措施,保证了产品质量.     

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力数值仿真

为了分析某固体火箭发动机复合材料壳体承栽能力,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了数值仿真.计算分析表明,壳体铝裙尖端部位出现应力最大值和应力集中区,裙部变形不协调,结构设计不合理.有限元分析与实际试验结果具有很好的一致性,为该壳体结构的设计改进提供了理论依据.     

国外卫星泄漏故障分析

介绍了国外影响卫星部分飞行任务的泄漏故障和使卫星工作寿命缩短的泄漏故障, 以及导致卫星发射失败的泄漏故障。对国外卫星泄漏故障发生的时间、国别、型号、发生的系统和部位, 以及影响程度分别进行了统计分析, 并得出相应的结论     

大型固体发动机喷管的详细热分析

用二维轴对称有限元热模型对IUS固体发动机喷管进行了全范围的热模拟。该模型考虑了瞬时加热,内部热分解,挥发性和活性分解产物的放出,辐射边界的相互作用,二维两相流中的粒子辐射,以及空腔的瞬间充气。分析时考虑两种情况:(1)假定所有接合密封面部完好地发挥作用,但热解挥发物和一些固体扩散的气体仍会引起结构局部加热,(2)考虑某些密封面泄漏,引起喷管结构内局部加热的最坏情况。对发动机点火试验进行了广泛的仪器测试。得出实测热电偶响应,它可与包括在两种假设情况内的子结构气流加热模型預示范围相比较。这种温度响应大于不考虑气流加热时所算出的结果。     

不同晶粒形状材料力学性能的研究

采用有限元的方法来模拟纳米压痕实验的加、卸载过程,采用的是简化的二维模型,有限元模型考虑了纳米压痕的标准Berkovich压头,介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式。从所得到的载荷与压入深度的关系曲线,以及由此计算而得到的硬度-位移曲线等为依据,对在纳米压痕测试过程中,不同的晶粒截面形状以及截面面积对整体材料的力学性能的影响进行了分析讨论。研究表明,在晶粒截面面积相等的情况下,当纳米压痕实验压入相同的深度时,晶粒的截面形状为矩形的材料的硬度高于晶粒的截面形状为三角形的材料的硬度,而且,当晶粒的截面形状相同的情况下,整体材料的硬度与晶粒截面面积存在一种近似的正比例关系。这种研究结果说明,即使在材料相同的情况下,如果晶粒的截面形状不同,由于力学传递关系的不同,仍然能够使得薄膜具有不同的宏观力学性能。     

基于空基平台的激光通信技术研究和展望

深低温阀门多为常温设计，低温服役。宽温域引起的结构变形将诱发阀门导向卡滞、密封泄漏等安全问题。采用有限元分析方法获取阀门导向副配合部位变形量，提出迭代镜像补偿方法解决深低温服役的阀门导向副变形超差问题。经分析，在深低温工况下阀门配合间隙均超出设计允许值，导向行程最大时配合间隙减小17.95%至16.41 μm；补偿后导向副配合间隙变形量控制在1 μm内，满足深低温工况下阀门形状设计要求，验证了迭代镜像补偿方法的有效性。     

高压液氧涡轮泵孔型/蜂窝阻尼密封的设计

针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率。采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-ε湍流模型和三维定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的液体孔型密封泄漏量数值计算方法,研究了孔深、孔径对液氧孔型阻尼密封、蜂窝阻尼密封泄漏特性的影响规律,并与迷宫密封的封严性能进行了比较。计算分析了孔径在0.3~2.0 mm范围内、孔深在0.1~2.0 mm范围内连续变化时孔型阻尼密封的泄漏量。结果表明:相同孔径和孔深下,孔型阻尼密封和蜂窝阻尼密封具有相近的封严性能,均优于迷宫密封;有限的密封轴向长度下,液氧孔型/蜂窝阻尼密封泄漏量随孔径的增大(轴向孔数目减小)先减小后增大,孔型/蜂窝阻尼密封最佳孔径为1.4 mm;不同孔径下,液氧孔型/蜂窝密封均存在最佳深径比0.5,泄漏量达到最小值;相比于原始迷宫密封方案,优化设计的孔型/蜂窝阻尼密封使液氧涡轮泵离心轮前、后凸肩动密封泄漏量分别减小了约19%和21%。     

燃气调压阀内流场三维数值模拟

采用有限体积法对燃气阀内流场进行三维冷气模拟和燃气模拟,并用冷气试验验证,表述了所研究阀门内流场的特点,得到入口压力与阀芯受力之间的线性关系;比较了3个不同弹性系数的弹性元件的入口压力与阀门质量流量,得到入口压力与阀门质量流量之间的二次曲线关系,小的弹性系数和低燃气温度使调压阀调压能力增强;分析了燃气模拟的结果,并与冷气模拟的结果进行了对比,提出对阀芯和阀座进行重点热防护的建议。     

氟塑料-阀芯黏结工艺

为了解决液体火箭发动机主阀阀芯氟塑料与金属黏结不良问题,对其成因与黏结工艺进行研究。采用阀芯压制氟塑料前涂覆自制聚全氟乙丙烯胶黏剂的黏结工艺方法,通过扫描电镜观察黏结面微观结构形貌并进行能谱分析,进而对涂聚全氟乙丙烯胶黏剂的黏结工艺方法进行机理分析,最后开展菌状物试样黏结工艺验证、阀芯工艺验证、工作性能试验验证。试验表明:采用涂聚2遍全氟乙丙烯胶黏剂黏结的工艺方法,可提高氟塑料和金属黏结强度,黏结强度可提高到19 MPa以上,达到未涂胶氟塑料与金属黏结强度的3倍,阀芯黏结合格率达到100%,使用性能满足使用要求,有效解决液体火箭发动机主阀阀芯黏结不良问题。     

气动换向阀阀芯/阀座撞击特性研究

针对某型气动换向阀在研制过程中出现由于阀芯/阀座撞击变形导致阀芯卡死的现象,对阀芯/阀座的撞击特性进行了仿真研究,定量分析了撞击过程以及不同阀座高度对撞击特性的影响,根据仿真结果对换向阀进行了改进设计,试验结果表明改进后的换向阀满足使用要求.     

高压管路透镜垫连接件结构分析

透镜垫联接件作为高压气体管路的重要零件之一,其密封性能关系到气体增压系统能否安全可靠地工作。本文通过连接结构力学分析,对透镜垫结构进行了密封计算并校核了螺栓强度;同时,采用接触非线性有限元方法进行了数值分析,得出了在不同拧紧力矩下的接触面上等效应力和变形分布情况,以及拧紧力矩和密封宽度、密封面积的对应关系。理论分析和数...     

非工作状态下电液伺服机构运动分析

针对电液伺服机构安装到运载火箭后存在非工作状态下承受外力并产生被动运动的现状，分析伺服机构的受力情况并构建内部液体流动回路，研究非工作状态下伺服机构在外力作用时的运动特性。发现伺服阀零位特性以及伺服机构高压回路密封性能是影响伺服机构非工作状态下运动特性的主要因素。在外力作用下发生运动时油缸某一侧往往处于抽真空状态。使用零位特性良好的伺服阀以及高压回路泄漏小的伺服机构，在外力作用下将处于双向不动或单向可动的状况。利用典型产品开展了物理试验，验证了结论的有效性。     

直角滑环式组合型金属橡胶密封件的密封机理及应用研究

针对具体的需求背景，将金属橡胶技术成功的应用于密封结构中。对金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的结构设计、制备工艺、主要影响参数、密封性能及模拟试验等进行了系统研究。分析了聚四氟乙烯的表面质量及金属橡胶元件的性能对组合型密封环密封性能的影响。推导了组合型密封环的压缩变形量及接触压力的计算公式。研究结果表明，金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的尺寸稳定性及密封性能，完全满足实际工况提出的性能指标要求，其泄漏量是实际工况要求的十分之一。研究结果对利用金属橡胶技术解决空间环境下的密封问题具有重要的参考价值。     

基于金属密封垫圈非线性变形仿真的预紧设计

为确保密封结构能有效阻止箱体内部介质的泄漏,要求密封面具备一定的密封比压,即通过施加合理的拧紧力矩来控制密封件的压缩量。目前主要采用试验方法验证一系列拧紧力矩下的密封效果,从而获取临界力矩值并确定可靠的拧紧力矩设计值。文章基于试验经验做出了合理的假设以建立简化的非线性有限元分析模型,对金属垫圈在压紧力下的塑性变形进行仿真,通过金属垫圈发生临界变形量的压紧力反推出拧紧力矩的临界值。该方法获取的临界力矩值与试验方法相近,可以有效地提高设计效率,降低试验成本。     

电磁阀启闭特性非接触测量方法研究

为实现对电磁阀特性进行非接触测量,通过分析电磁阀动作时周围漏磁场的变化,设计了一种新型磁敏感器.该磁敏感器结构简单,操作方便,通过采取合理的抗干扰措施可充分降低旁磁场的影响,提高电磁阀漏磁场测量的可靠性.利用本磁敏感器对实际电磁阀的启、闭特性进行了测量.结果表明,该方法可靠性高,满足电磁阀非接触测量的需要.