C/SiC舵结构热试验瞬态温度场预示技术

航天飞行器在大气层中高马赫数飞行时,会面临严酷的气动加热环境,C/SiC、C/C等高温复合材料由于具有耐高温、高比强、高比模等优点,在飞行器热结构设计中得到大量应用。为了考核热结构服役过程中的高温力学性能和完整性,需要根据飞行时序进行地面结构热环境试验,其中石英灯辐射加热装置是模拟瞬态气动热环境的一种重要手段。地面结构热试验具有不可重复、技术难度大等特点,发展结构热试验辐射热环境预示技术可以有效支撑飞行器结构地面试验验证。针对采用石英灯辐射方式加热的C/SiC复合材料舵结构热试验,建立了辐射加热动态控制过程模拟方法,基于热网络法和蒙特卡罗法获得了结构瞬态温度场分布,通过与试验数据的对比分析,验证了方法的可行性,能够为复合材料结构热试验方案优化和试验效果评估等提供技术支撑。     

高超声速飞行器低气压环境结构热试验控制技术研究

随着高超声速飞行器的快速发展,为了验证其在飞行过程低气压环境中气动热载荷作用下的结构承载能力和热学特性,需要进行地面结构热试验进行模拟。此类试验一般采用舱段和全弹进行,试验规模大,加热时间长;而又由于热试验普遍的不可重复性,对试验过程中的加热控制技术提出了新的要求。为了确保该类型试验的成功性,本文从试验产品加热分区划分、控制反馈信号的设置和控制算法的修改等方面对地面热试验原有的控制方式进行了改进,避免了低气压环境下电极放电造成的传感器系统失效对试验的影响,提升了高超声速飞行器低气压环境下的可靠性,可为常压或者低氧环境下热试验的开展提供积极的借鉴。     

结构热强度虚拟试验平台技术研究

简要描述了通过对地面热试验的各个环节进行数字化建模,构建结构热试验虚拟试验平台的技术途径.数学仿真的过程也就是确定模块特征参数的过程,模块的标准化也是虚拟试验技术的发展趋势.热环境虚拟试验验证平台的建立对热环境地面模拟试验具有预示和指导作用,可以提高热环境地面模拟试验质量、缩短试验周期,加快热环境地面模拟试验的发展速度.     

石英灯辐射加热试验热流分布优化研究

石英灯辐射加热是在地面上模拟飞行中施加在飞行器表面热载荷的一种加热方式.由于石英灯加热元件的分布不同导致试验件表面不同区域获得的热流密度与要求施加的热载荷有所差异,这样可能会导致"过试验"或"欠试验"现象出现,从而降低了试验数据的可用性,增加了结构设计的风险.本文基于蒙特卡罗方法,对单一石英灯加热器内部热流分布进行了数...     

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分（Proportional integral derivative,PID）控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。     

飞行器燃油系统气动热试验与数值分析研究

气动加热与结构热传递耦合问题在航空航天领域非常重要。指出耦合性在试验与分析过程中的必要性。针对存在的耦合性,阐述了将结构热试验和气动加热计算相结合,提出模拟全弹道的全方程热流密度控制方法,实现气动热分析与热试验相耦合的试验控制。为飞行器燃油系统的气动加热和结构热响应耦合分析提供了一个解决思路,同时为结构热试验热载荷条件的制定提出了新的方法,对应用复杂防热结构的飞行器的气动热分析和结构热试验具有重要的意义。数值仿真结果与试验结果进行了对比,两者吻合得较好。     

固体火箭发动机地面热试车试验研究

从试验原理、试验环境和试验方案等方面对固体火箭发动机地面热试车试验进行了完整的介绍,对燃烧室内压力、发动机壳体的振动、冲击和试车台周围的噪声环境等试验结果进行了详细的分析。通过分析,揭示了发动机的内部工作原理,指出了燃烧室内脉动压力类似于白噪声,阐明了舱段的隔声、降噪特性和质量负载、阻尼衰减效应等。后续可通过对这些影响因素及其作用效应进行综合分析,利用数据推演或仿真分析等手段得到导弹真实的环境。     

新型运载火箭电缆防热设计与优化

新型运载火箭末修级发动机及主发动机工作时产生严重的辐射热环境,需对安装在其周边的电缆采取热防护措施。结合辐射热环境特点,兼顾电缆防热温度、防热重量和操作等要求,本文提出了一种外表层为反辐射,内表层为防/隔热的电缆一体化防热设计方案,试验验证防热方案满足使用要求,防热结构高效、轻质。该防热方案为未来新型号电缆防热设计提供了参考。     

基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究

声振综合力学环境是航空航天飞行器的重要环境之一。航天飞机或运载火箭、飞船在起飞段产生强噪声环境,这种强噪声会激发局部结构振动,损伤飞行硬件,所以飞行器强噪声环境和随机结构振动预示受到了各航空航天大国的重视。综述了国内外综合力学环境研究现状,提出了气动(气动噪声)/结构耦合思想,即基于物理声学、结构动力学以及空气动力学的三场耦合,对飞行器综合力学环境进行预示。分析了气动(气动噪声)/结构耦合综合力学环境仿真的关键技术,提出的仿真基本思路是在已有气动弹性研究的基础上引入噪声载荷,建立三场耦合平台。以舱段为研究对象,进行了气动/结构/声学(CFD/CSD/CAA)耦合建模及仿真,获得舱段时域结构响应,验证了方法的可行性。研究目的是拟开发空间飞行器结构/热/气动/气动噪声多力学耦合分析的仿真环境分析软件。为研究用于高超声速飞行器复杂力学环境预示积累理论基础。     

高超声速飞行器热结构力热氧试验技术概述

为了解决高超声速飞行器地面热试验中大气富氧环境对试验结果造成的影响,更好的模拟飞行器在高速飞行过程中的力热载荷耦合作用,国内外近年陆续建立了多种试验设施和试验手段。本文简要介绍了典型的力热氧综合试验技术现状及力热氧试验中的热载荷模拟方法,并展望了力热氧综合试验技术发展方向。     

飞行器气动加热环境与结构响应耦合的热结构试验方法

阐述了将结构热试验和气动加热计算相结合,实现气动热分析与热试验相耦合的试验控制方法。为飞行器的气动加热和结构热响应耦合分析提供了一个解决思路,同时为结构热试验热载荷条件的制定提出了新的方法,对应用复杂防热结构的飞行器的气动热分析和结构热试验具有重要的意义。     

辐射加热方法在结构热试验中的作用与地位

高超声速飞行器经受着严酷的气动加热环境,为验证飞行器整体设计、考核热结构耐热性能,需要开展大量的结构热试验研究,如辐射加热、气流加热方法等。其中辐射加热方法具有加热时间长、加热能力强、多温区控制等特点,是有效的结构全尺寸热试验方法;气流加热方法受试验空间、加热时间等限制,在特定问题上发挥着重要作用。给出了高超声速飞行器防热区和高温区的热结构设计理念,总结了国外结构热试验方法的发展和应用,指出用辐射加热模拟气动热环境仍将是新型飞行器热结构优化设计和性能考核的重要手段。     

某舱段振动响应特性与边界条件及激励载荷的关系

应用多参考点最小二乘复指数法,通过对某舱段在不同载荷激励和不同边界条件(增加帽和底板)下进行工作模态分析,研究了某舱段的振动响应特性与边界条件和载荷的关系。     

声振预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析 (SEA)原理 ,对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示 ;文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式 ;用加速度级 (参考 lg)对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析 ,结果是满意的。     

边界条件对试件振动响应影响的仿真研究

以某导弹的模型仪器舱为研究对象,在相同的加速度控制条件、相同的控制方式下,对天上飞行状态、地面振动试验状态及基础激励状态时模型仪器舱的随机振动响应进行仿真分析。结果表明地面试验、基础激励这两种边界条件下模型仪器舱的响应与天上飞行状态的明显不同,尤其是共振峰的频率及大小均有较大差别。探讨了该现象出现的原因及对策,为实际工程工作提供参考。     

基于神经网络的风洞尾支杆减振系统

风洞试验时,由于气流的影响,测试用悬臂式尾支杆容易产生大幅度低频振动,这会严重影响测试精度,甚至损坏自身结构。为了有效抑制尾支杆的振动,本文设计了基于压电组件的主动减振系统,并将人工神经网络应用于PID控制,提出了神经网络PID智能控制算法。对尾支杆进行有限元分析,获取其模态参数。然后设计试验测试减振系统的性能,将神经网络PID与经典PID的控制效果进行对比。试验结果表明:在连续载荷的作用下,采用经典PID控制算法与神经网络PID均可达到有效控制(减振幅度70%以上),且神经网络PID在保证减振效果的情况下实现控制参数自整定,具有良好的鲁棒性。     

声扭预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析（SEA）原理，对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示；文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式；用加速度组（参考1g）对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析，结果是满意的。     

2.4m×2.4m跨声速风洞虚拟飞行试验天平研制

要解决先进飞行器的气动/运动非线性耦合问题,就需要建立气动/飞行力学一体化的虚拟飞行试验平台,用于获取飞行器机动飞行过程中的非定常气动力特性,弄清气动/运动非线性耦合机理。2.4m×2.4m 跨声速风洞(以下简称2.4m风洞)虚拟飞行试验天平研制技术是虚拟飞行试验机理性研究的关键技术之一。由于试验模型为两段的细长结构,天平设计空间受到限制,并且载荷极不匹配。风洞试验研究要求天平不仅要实现分段模型气动力的测量,还要实现两段模型的同步小摩擦滚转运动,传统天平无法满足试验要求。新设计的天平采用一种带有轴承和心轴的环式“双天平”新结构,较好解决了载荷匹配问题以及测量与运动之间的矛盾。天平设计利用有限元软件ANSYS进行应变和应力分析与优化,并设计了耦合式电桥。天平静校和风洞试验数据表明,该天平满足风洞虚拟飞行试验机理性研究的要求。     

航天器柔性多体结构锁定撞击动力学分析与试验验证

介绍了航天器柔性多体结构撞击动力学分析的工程背景和研究现状,阐述了撞击动力学分析软件FMIDASAD的理论模型和数值计算方法,并应用地面展开锁定试验验证了计算结果.研究表明:撞击动力学分析软件FMIDASAD能够合理模拟柔性多体结构在展开锁定撞击过程中的动力学基本特征,其预示的撞击载荷幅值与试验结果较为接近,可以满足工...     

基于APDL的圆截面舱段楔块连接结构全接触分析技术研究

楔块连接以其连接可靠、装卸方便、空间利用率高等优点,广泛应用于圆截面舱段对接结构。楔块强度校核一般参照键联连接工程校核方法,但是需要先获取楔块传递载荷。采用有限元方法可以模拟楔块与舱体之间的复杂传力关系,更为全面地获得整体结构应力分布,但是由于接触面多,计算收敛性差。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了典型圆截面舱段楔块连接结构全接触分析命令流,对结构尺寸、公差配合间隙、预紧力等进行了详细设计。根据理论分析结果和工程应用经验,楔块连接结构全接触分析模型将正楔、反楔和直楔作为整体进行建模,而通过热载荷模拟楔块初始预紧力;在楔块、内舱体和外舱体之间建立两两接触关系,真实地反映了结构传力状态。在各独立楔块之间建立弹性连接结构,对弹性连接结构施加附加位移约束,有效解决了计算发散问题;同时通过调节弹性连接结构刚度,将附加约束对本体结构的影响减小到工程可接受程度。