牵制释放过程中火箭液体推进剂的建模研究

为进行牵制释放过程中火箭贮箱的承载分析,采用各向同性的固体材料模拟液体推进剂。论述了材料特性的选取依据,使用有限元程序NASTRAN对比分析了火箭充液贮箱的三种不同模型的模态,静态过载分析表明所采用的固体模型具有液体的相似属性,对比了在牵制过程贮箱几种模型的动力学响应曲线,并得出了贮箱在释放过程的承载曲线。证明了推进剂模型的有效性和合理性,解决了牵制释放过程中贮箱的承载分析问题。     

固体火箭发动机喷流噪声测量及声场分析

为了研究分析固体火箭发动机喷流噪声特性及其声场分布规律,设计实验发动机,采用LMS数据采集系统及噪声处理软件通过传感器对固体火箭发动机喷流噪声进行实验采集和测量分析.实验结果表明:同一测量位置处,随着推进剂燃温的降低,噪声峰值降低;随着燃烧室压力及喷管出口马赫数的增高,噪声峰值升高;该实验工况下,发动机喷流噪声声压级分布在120~140dB,峰值频率4500~5000Hz.实验结果对固体火箭发动机喷流噪声场的预测提供了实验依据.     

固体推进剂三维粘弹性Monte-Carlo随机有限元法

发展了一种粘弹性Monte-Carlo随机有限元法,并对固体火箭发动机药柱进行了三维随机分析。首先由Herrmann泛函出发导出了三维不可压和近似不可压粘弹性增量有限元列式。然后,同时考虑固体推进剂力学性能参数和载荷的随机性,结合Monte-Carlo技术对弹性约束的圆柱形中孔药柱进行了随机分析。为了克服直接Monte-Carlo法(DMCS)效率低的缺点,引入Latin超立方抽样技术(LHS)以提高计算效率。算例表明该方法收敛速度块、通用性强、易于工程应用。     

固体火箭发动机动力相似模型缩比准则

本文根据相似理论,用量纲分析法推导出固体火箭发动机动力相似模型缩比准则,以药柱和壳体缩比模型为例进行了有限元计算,结果表明,本文推导出的缩比模型准则完全适用于药柱和壳体结构,由梁模型推导出的缩比关系只适用于药柱,不适用于壳体。     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

固体火箭发动机绝热层脱粘的红外热像检测规律

闪光灯激励的红外热像检测法是一种非接触式的光学无损检测技术,有望应用于固体火箭发动机绝热层脱粘的在线检测。为了推进该技术在固体火箭发动机绝热层脱粘检测中的应用,用数值模拟和实验方法研究了固体火箭发动机绝热层脱粘脉冲热像检测的规律,得到了决策参数与结构参数之间的定量关系;提出了检测极限的确定准则,并计算了脱粘大小和深度(绝热层厚度)的检测极限;提出了脱粘尺寸的测量方法及误差修正公式。所得的方程、数据和结论为固体火箭发动机绝热层脱粘的红外无损检测提供了科学依据和操作准则。     

大型运载火箭的推进剂液体控制问题

引言发射同步卫星的运载火箭常要求在停候轨道上滑行一段时间,然后再起动发动机将其推进到转移轨道。滑行期间貯箱内推进剂液体处于“失重”状态,液气界面的稳定性很差,在外界干扰作用下推进剂液体很容易离开原来位置.这种状态对于运载火箭重心控制、发动机再起动和排气系统工作都是很不利的.所以,如何保证滑行期间推进剂液体在所需要位置是运载火箭设计的基本问题之一。推进剂液体的控制方法很多,大型运载火箭常用的方法有连续正推火箭、间断正推火箭和蓄留器。连续正推火箭法的原理是利用正推火箭推力产生的低重力环境,使推进剂液     

火箭振动模态转角的试验测定

本文比较了火箭振动模态转角的相对和绝对测量表示法。通过分析和火箭模型的试验证实两种表示方法的一致性。讨论了由子结构转角频响函数实测值,预测组装结构的模态转角问题,并用典型物理梁作了模态转角试验综合的原理性验证。结论是用响应对外力的频响函数表示火箭的模态转角更合理些。     

固体推进剂药柱的近似不可压缩粘弹性随机有限元

采用Monte-Carlo粘弹性随机有限元法,分析了药柱的结构可靠度。针对固体火箭发动机药柱材料近似不可压缩的问题,基于Herrmann粘弹性有限元以提高计算的精度,考虑泊松比和松弛模量的随机性,采用拉丁超立方(LHS)技术计算了固体火箭发动机药柱结构的可靠度。算例表明该方法的有效性。     

推进剂音速的理论计算

在液体火箭动力系统的各种冲击、振动问题的研究中,例如发动机起动、关机水击,动力系统的各种低频振动,纵向耦合振动,发动机不稳定燃烧等等的研究中,都需要知道推进剂音速。推进剂音速通常用实验的方法测定,但如果能用计算确定,将比实验更经济、简便。本文介绍用计算的办法来确定推进剂音速,推导了推进剂音速的计算公式,以N_2O_4为例,讨论了推进剂温度、压力、夹气量、夹气种类、导管壁厚及材料弹性模量等各种因素对推进剂音速的影响。     

电磁式双凸极电机的非线性电感建模

电磁式双凸极电机是一种新型交流调速电机。目前对其研究主要是在基于分段线性电感函数建立的模型基础上进行的。为了能更加准确地反映电机电磁特性，本文提出了另一种建模方法：非线性电感建模。该方法首先通过数值方法得到不同相电流及励磁电流下的非线性电感函数和曲线，在此基础上构建电机模型。并就这种非线性建模方法和分段线性电感建模方法对系统性能的影响进行了比较，最后进行了仿真验证。理论和仿真结果表明：非线性电感模型和分段线性电感模型反映的电流特性基本一致，电流闭环控制时两种模型反映的平均转矩相同。但转矩脉动特性有所不同。非线性电感模型较分段线性电感模型准确。因此非线性电感模型适用于分析电机的转矩脉动特性。     

低速风洞试验模型轻量化设计

风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性，对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构，以某民机模型为研究对象，开展整体化、轻量化设计，应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明，通过优化设计，与传统金属模型相比，模型设计重量降低50%以上；机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构，其强度可满足设计要求；对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计，与基于复合材料制造的设计相比，可减重20%，制造周期缩短50%以上；模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。     

PWM变频器供电的感应电机传热特性

为了探究电动机在脉宽调(Pulse width modulation，PWM)变频器供电下的传热特性，近一步揭示变频参数（调制比）对电动机温升分 布的影响特征,以一台采用PWM变频器供电下55 kW驱动用感应电机为例，基于流体力学及传热学基本原理，结合电机通风结构特征，建立外部包裹有空气域的三维流热耦合求解域模型，并采用有限体积元法对电机内的温度场进行了数值研究。此外，针对PWM不同调制比控制条件下电动机全域内的传热特性进行了对比分析，结果表明：两个不同调制比控制条件下电机求解域 内各主要部件温升分布趋势大致相同；径向上，转子部分温升较高，在气隙位置温升出现阶跃式变化，定子部分温升较低；轴向上，电机各部分近风端温升较低，远风端温升较高；周向上，定子轭部温升呈波浪式变化。     

Flutter Analysis of Aircraft Wing Using Equivalent-Plate Models with Orthogonal Polynomials

A method of equivalent simplification,using equivalent-plate models(EPMs),is developed.It is to achieve goals of rapid modeling and effective analysis in structural dynamics and flutter analysis of complex wing structures.It is on the assumption that the wing structures discussed are composed of skin,beams and ribs,and the different plate units(such as skin,beam web,rib web)are not distinguished in modeling,which is to avoid the complex pre-processing and make it more generalized.Taking the effect of transverse shear deformation into consideration,the equivalence is based on the first-order shear deformation theory,and it can import the model files of MSC/NASTRAN and process the information to accomplish the equivalent modeling.The Ritz method is applied with the Legendre polynomials,which is used to define the geometry,structure and displacements of the wing.Particularly,the selection of Legendre polynomials as trial functions brings good accuracy to the modeling and can avoid the ill-conditions.This is in contrast to the EPM method based on the classical plate theory.Through vibration and flutter analysis,the results obtained by using EPM agree well with those obtained by the finite element method,which indicates the accuracy and effectiveness in vibration and flutter analysis of the EPM method.     

火箭动态弯矩测量的频响特性分析

介绍了火箭动态弯矩测量的方法和原理,利用横向弯曲振动梁理论,首次推导了悬臂梁和自由梁的端面弯矩动态放大倍数表达式,对箭体结构偏保守地计算了不同边界条件的载荷动态放大倍数。动态弯矩测量的频响范围可达到100Hz,测量部段的壳体响应频率(约150Hz)不影响30Hz以下的截面载荷测量结果,箭体动态弯矩测量方法的频响特性满足测量要求。另外分析了箭体直径变化的影响,比较了箭体动态弯矩测量与风洞测力天平的异同。     

基于风洞试验的非定常气动力微分方程建模方法

为准确描述大攻角非定常运动中非定常气动力的气动特性,研究了以微分方程为基础的非定常气动建模方法。在某战斗机大振幅偏航、滚转单自由度及偏航-滚转耦合运动风洞试验的基础上,对偏航力矩、滚转力矩建立微分方程模型,分析研究不同频率、同一侧滑角情况下,气动力的迟滞时间;然后对高频运动下的气动力进行拟合,进而建立高频运动下的气动力微分方程模型。研究表明:模型可精确预测不同机动下非定常气动特性;建模方法具有较强的工程可行性。     

压力环境下固体推进剂含损伤的统一本构研究

为了建立固体推进剂压力环境下的统一的损伤本构方程,利用改进的万能材料试验机对一种固体推进剂在常温下、不同的压力环境进行了准静态拉伸实验。利用ABAQUS软件的二次开发用户材料子程序UMAT接口,根据实验得到的结果及其应力应变响应特征,确定了本构方程中的系数。计算结果说明本构方程能够很好地描述该推进剂在压力环境下的力学行为。     

基于ANSYS的齿根应力和齿面变形的合理分析

根据齿轮啮合原理,准确求出复杂的齿廓曲线;采用MATALB—APDL混合建模方法,创建精确的齿轮有限元模型。在不同网格密度等级下,分别对齿轮的齿面变形、齿根应力分布进行分析。对照经验公式的计算结果,得出如下结论：在齿轮数值模拟中,由于有限元软件计算中舍入误差的存在,网格划分合理与否将直接影响仿真程度的高低;网格密度等级对齿面最大变形的仿真结果有较大影响,而对齿根应力影响甚微。     

航天运载器局部连接刚度对振型斜率的影响

振型斜率一直是姿态控制系统关心的首要问题。通过等效梁模型结合局部三维有限元精细模型的混合建模的方法,研究了结构局部刚度变化对惯性部件安装位置振型斜率的影响。基于模态分析,在多种工况下提取了振型与惯性部件的振型斜率并进行对比研究,讨论了舱体开口加强圈梁刚度变化、载体十字梁截面变化、连接固定支座刚度变化以及壳体壁厚变化对振型斜率的影响,为航天运载器结构动力学模型简化与姿态控制系统相关结构设计提供了参考依据。     

基于分支梁模型的飞行器动力学建模与分析

研究了分支结构动力学建模对全弹模态的影响,分别建立了单梁和分支梁有限元模型,通过数值计算与试验结果对比分析发现,考虑分支结构对全弹刚度的影响时,能有效的提高模态预示精度。以分支梁模型为标准,建立了共用结点、MPC多点约束和Spring三种分支梁连接模型,基于Spring连接模型,分析了不同连接刚度对飞行器结构模态的影响。