运载火箭地面风荷载及响应研究

通过捆绑式运载火箭在地面风环境下的风洞试验 ,分析了不同试验条件下主体火箭及助推器各测压截面压力分布的变化规律。结果表明 :主体火箭和助推器之间的相互干扰、发射塔架对于火箭的影响都很明显。另外 ,对其气动弹性模型在地面风荷载下的动态响应亦进行工程计算 ,并与试验结果有良好的一致性     

火箭在地面风作用下的振动载荷识别

将地面风作用下的火箭作为一个非均质变截面梁，研究了非轴对称火箭的任意风向风振载荷识别问题。根据结构风振的特性，引入等效阻力系数和升力系数，利用风载荷作用下火箭的振动加速度或弯矩响应识别等效阻力和升力系数以及归一化随机载荷的功率谱。给出了等效阻力和升力系数与以往风载试验中使用的非定常阻力和升力弯矩系数的关系。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（上）

根据新一代运载火箭CZ-5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ-5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（下）

根据新一代运载火箭CZ．5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ．5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

基于时域法的运载火箭风载荷动力响应分析

为研究新一代运载火箭在垂直转运过程中所受地面风载荷的影响问题,采用时域法对运载火箭地面风载荷响应特性进行了分析。编制了基于谐波叠加法的地面风载荷时程样本模拟程序,并通过与目标功率谱函数的对比来验证程序的正确性。在建立火箭有限元分析模型的基础上,对火箭在不同参考风速下的动力响应进行了计算分析。分析结果表明：编制的基于谐波叠加法matlab程序能很好的模拟脉动风载荷,火箭风载荷动力响应随参考风速的增加而增大。     

运载火箭风载荷流固耦合分析方法

运载火箭风载荷关系到箭体结构设计、运载能力和成本等方面,因此准确分析和预示气动载荷有着非常重要的意义。基于计算流体力学(CFD)与结构动力学构建运载火箭竖立状态数值风洞模型,从而对火箭风载荷与响应进行流固耦合(FSI)分析。分析结果表明该方法能充分考虑箭体弹性振动与空气流场耦合效应,本文分析结果与试验结果在规律性方面上具有较好的一致性。     

超声速颤振风洞试验技术研究

颤振试验中，为避免暂冲式超声速风洞起动/关车过程中的冲击载荷损坏复合材料模型，依托FL-23风洞研制了一套超声速颤振投放系统。该系统的主要功能是在超声速流场建立后能够快速将模型投入流场，并在试验完成或模型振动临近发散时将模型收回。试验结果表明，该投放系统能够有效防止风洞起动/关车冲击载荷损坏模型，放宽了对超声速颤振试验模型强度的限制；亚临界预测的颤振临界速压与风洞试验直吹颤振结果一致；初步建立了工程实用的超声速颤振试验平台。     

大跨度斜拉桥钢桥塔基于涡振的气动选型及驰振性能风洞试验研究

大型钢桥塔在中国应用较少,其风振特点与常规混凝土桥塔有较大差异.以大跨度斜拉桥“人”字弧线形钢桥塔为工程背景,采用考虑三维绕流特性的气弹模型,针对塔柱可能的断面形式进行了多工况的对比试验,并对风洞试验结果进行分析讨论,进而确定最优断面形式.根据确定的断面形式,对该桥桥塔进行了大缩尺比的气弹模型风洞试验,较全面地考查了该桥桥塔的涡激振动及驰振性能,并对比了阻尼比对桥塔涡激振动振幅及驰振临界风速的影响.试验结果表明:当塔柱断面切角为0.8m×0.7m时桥塔涡振响应最小,相应的扭转驰振临界风速较高.     

基于风洞试验的大跨度悬索桥涡振性能研究及评价

目前研究大跨度桥梁涡振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁进行全面细致的评价也需予以关注.以某大跨度悬索桥为工程背景,在阻塞度较小的XNJD-3大型风洞中进行1∶20大比例尺节段模型涡激振动试验,分析了阻尼、风迎角等因素对涡振响应的影响.最后考虑高阶振型的影响,将振幅换算到高阶模态,引入《公路桥梁抗风设计规范》以及英国BS5400规范对桥梁的涡激振动性能进行评价,为今后利用节段模型试验结果来评价实桥的涡振性能提供了借鉴.     

高速风洞一体形式的喷流影响试验技术研究

详细介绍了FL-3风洞一体形式的喷流影响风洞试验技术，该技术区别于分离形式的喷流影响试验技术，利用波纹管实现了飞行器模型与喷管的一体化设计。天平同时测量模型外部气动力和喷管推力，避免了分离形式喷流影响试验技术存在的喷管几何不完全相似、模型与喷管易碰触、腔压难以准确修正等问题。对一体形式喷流影响试验技术的相似参数、试验原理、波纹管技术等进行了系统介绍，地面调试及风洞试验表明:一体形式的喷流影响试验技术可以获得不同落压比和不同矢量喷流对飞行器的喷流影响量，在经过进一步细节优化后，将形成成熟的试验能力，并依据该技术可以发展喷管性能风洞试验技术、一体形式的推力矢量风洞试验技术等。     

大比例主梁节段模型涡激振动风洞试验分析

节段模型风洞试验是预估大跨度桥梁主梁涡激振动响应的有效途径之一.大比例主梁节段模型(通常为1:15~1:20)几何尺度更大,试验雷诺数更接近实桥值,同时在模型加工制作方面也可更精确地模拟主梁细节.通过一扁平钢箱梁1:20大比例节段模型试验,优化了检查车轨道位置,分析了涡激振动典型现象如振幅、涡振区与阻尼、Scruton数关系,迎角与斯托劳哈数St关系,双竖向涡振区等,为节段模型涡振试验结果向实桥拓展提供理论与试验基础.     

直升机旋翼模型结冰风洞试验技术

为满足我国直升机旋翼结冰风洞试验需求，中国空气动力研究与发展中心在大型多功能结冰风洞研制了直升机旋翼模型结冰试验系统，发展了旋翼模型结冰风洞试验方法和数据采集与处理方法，规范了结冰试验的流程，能够安全可靠地开展旋翼模型结冰试验研究。通过开展国内首次直升机旋翼模型结冰风洞试验，研究了典型工况下旋翼模型的结冰特性，获得了结冰过程中旋翼模型气动载荷和振动载荷变化特性。试验结果表明:随着结冰时间增加，旋翼拉力急剧下降，功率急剧增大；伴随着桨叶表面“冰脱落—生成—再脱落—再生成”过程，旋翼性能出现较大波动；旋翼桨叶表面出现冰脱落之前，试验数据重复性良好可靠。     

CARDC8米×6米风洞直升机旋翼机身组合模型试验台研制

本文简要介绍了气动中心低速所新近研制成功的8米×6米风洞直升机旋翼机身组合模型试验台的概况、主要分系统调试结果、BO-105直升机旋翼动力相似模型地面悬停试验及风洞试验结果。结果表明:试验台及各分系统的性能已达到设计要求;试验台振动水平低;工作可靠;风洞试验数据的重复性好;与西德宇航院飞行力学研究所在 DNW8米×6米风洞中的试验结果有良好的一致性。经地面试验及风洞试验的考核,试验台已具备交付验收和使用的条件。试验台的研制成功,为我国大型低速风洞开展直升机旋翼模型风洞试验奠定了坚实的基础。     

飞行器滚转阻尼导数测量试验技术研究

介绍了中国航天空气动力技术研究院针对滚转阻尼导数试验中不同试验要求，为航空航天飞行器开展的多项滚转阻尼导数风洞试验技术研究。针对不同模型，分别采用一体式弹性铰自由振动试验技术、组合式弹性铰自由振动试验技术和基于气浮轴承的自由滚转试验技术进行了多项试验，对机械阻尼特性、试验频率和抗载荷能力等关键性能进行了综合分析和研究。风洞试验结果表明:合理利用各项试验技术进行试验，试验数据大小合理、规律性好；各试验技术能够满足不同的试验振动频率范围，并且体现出了机械阻尼量级的规律性变化。针对不同飞行器外形进行风洞试验时，应结合试验要求和多方面因素选取合适的试验技术和试验方案。     

某型飞机局部结构改装振动响应增量预估

研究了某型飞机局部结构改装振动响应增量预估问题，根据对原型飞机和改装结构－加装天线罩的分析，提出了振动响应增量预估的分析原理，方法与技术路径，即以天线罩引起的气动载荷为输入，以天线罩及周围机身为受激对象，计算或测量天线罩上及机身内外某些点的振动响应增量。为此，本文通过缩尺模型的吹风试验，测量了天线罩上的脉动气动载荷，通过地面振动测量，测量了改装结构的频响函数，并进行了计算预估与模拟加载响应测量预估     

独柱式变截面倾斜桥塔气动特性风洞试验研究

独柱式桥塔易发生风致振动,当塔柱倾斜且采用变截面形式时,风的作用下常表现出复杂的三维流动效应.为考察独柱式变截面斜塔静动力气动性能,通过桥塔刚性模型测力风洞试验测试了不同风向角下桥塔气动力系数,对比分析了桥塔三维绕流的影响.通过桥塔气弹模型测振风洞试验,测试了涡激振动起振风速及振幅,对比了来流风向及阻尼比对桥塔涡激振动的影响.研究结果表明,桥塔整体气动力系数及断面等效气动力系数沿塔高的变化规律受来流风向角的影响显著,顺桥向风作用下倾斜桥塔易发生横桥向涡激振动,提高结构阻尼比,可有效抑制涡振.     

低速风洞试验模型振动主动控制技术

风洞试验悬臂梁结构的尾部模型支撑系统在风载激励下会产生振动,振动会威胁试验安全,影响试验结果。为抑制模型及支撑系统振动,本文研究了一种主动抑振控制系统并取得应用。其中,抑振系统执行机构采用压电材料,控制系统采用自适应内模控制算法。对自适应内模控制算法的结构和工作原理进行了分析,介绍了训练模式下模型参数辨识和试验模式下控制参数的自适应调整过程,建立了基于自适应内模控制算法的控制系统。在地面模拟台采用信号发生器模拟系统激励,作为控制系统输入,验证了控制算法。结合风洞试验,在实际工况下验证了系统的控制效果。结果表明,采用基于自适应内模控制算法的振动主动控制系统,可以将模型振动减小70%以上。     

栅格舵气动与操纵特性高速风洞试验技术研究

为研究飞行器单独栅格舵全尺寸模型气动特性,考核、验证舵控系统操纵性能,在FL-24风洞(1.2m×1.2m)开展了专项试验技术研究.首次在国内高速风洞建立了全尺寸栅格舵高速风洞试验平台,主要内容包括:风洞大载荷侧壁支撑装置设计、高速风洞模型保护装置设计、高灵敏度气动测试天平研制、模型风载条件下变形测试系统设计以及动态气动力测量与数据处理方法等.该项试验技术实现了模型气动与舵控系统以及气动与结构一体化试验验证,为栅格舵尾翼布局飞行器相关专业设计及飞行试验提供了重要试验数据.     

航天飞机及火箭的羽流试验技术

火箭发动机排气羽流的影响是研制火箭运载器的一个关键问题。本文综述了羽流对航天飞机和火箭底部流动、底部加热的影响。重点综述了冷气试验方法,并指出了冷气模拟试验的相似准则的参数组合关系式。冷气试验费用不大,试验周期短,是确定底部压力的最佳方法,试验重点在跨声速和低超声速飞行区域。本文对热气试验方法也作了介绍。热气试验可模拟羽流的真实热力学特性,但耗费大,技术复杂。火箭发动机羽流模拟应由风洞试验来确定。本文简述了进行羽流模拟试验的地面试验设备。     

升力体高超声速飞行器横向气动特性研究

升力体高超声速飞行器具有较高升阻比,但稳定性尤其是横侧向稳定性差,研究表明,在横侧向两个方向中,横向稳定性更弱。为了深入理解升力体高超声速飞行器最薄弱的横向稳定性问题,进行了两种典型升力体高超声速飞行器滚转动稳定特性的风洞试验研究。试验采用自由振动方法,试验马赫数5和6,单位雷诺数分别为Re/L=2.3×107和2.0×107。试验结果表明:升力体模型一在小迎角就出现自激振动,判断是由于头部存在非对称转捩引起,通过在模型前体顺气流方向布置绊线促使流动在绊线处对称转捩的方式,有效抑制了模型的自激振动,并使受激后的滚转自由振动曲线线性增强,滚转动态稳定性增加;升力体试验模型二的滚转非定常气动力的试验中模型的振荡具有较强多频谱和周期性特征,对该试验模型加绊线前多种状态的滚转非定常振动曲线进行的谱分析发现,它们都存在除机械阻尼外的3个振动频率,说明高超声速横向绕流有3个特征尺度,即横向分离或转捩流动有3个不同的尺度。建立由这3个振动频率余弦和形式表达的滚转力矩数学模型。从数学模型值与相应气动数据的对比来看,3个振动频率建立的数学模型捕捉了升力体高超声速飞行器滚转非定常气动力试验曲线的基本趋势,也涵盖了滚转力矩主要的量值范围。