自适应伸长型火工作动装置的动态特性研究

火工作动装置广泛应用于航天器上,能够在相当短的时间内释放出相当大的能量,并转化为机械能输出做功,以完成预定程序动作。作为一次性做功的驱动装置,火工作动装置的动态特性与任务成败直接相关。自适应伸长型火工作动装置通过燃烧腔与动力腔两腔燃气压力的动态调整,以获得满足要求的输出性能。针对自适应伸长型火工作动装置的工作过程,考虑火药燃烧与活塞杆运动的强耦合关系、小孔节流等因素,基于经典内弹道理论建立作动过程理论模型,采用MATLAB/Simulink建立对应的仿真分析模型,求解得到火工作动装置的腔室内燃气压力变化规律、输出性能等动态特性。仿真结果与试验结果基本吻合,能够为火工作动装置的设计提供一定的理论依据。     

可变几何通道控制执行装置动态特性研究

可变几何通道控制执行装置的动态特性,直接影响到航空发动机的进气和排气性能。以一几何通道控制执行装置为研究对象,阐述了其基本结构和工作原理;建立了可变几何通道控制系统数学模型,并运用AMESim建立其仿真模型,重点分析了油嘴Ⅰ直径、油嘴Ⅱ直径、作动筒活塞杆直径、作动筒活塞直径、负载等参数,对可变几何通道控制执行装置动态特性的影响,为同类产品的设计、改进、改型和性能优化提供了理论依据。     

导弹弹射装置作动简的建模与仿真

首先描述了导弹弹射机构作动筒的工作过程,建立了描述作动筒动特性的物理模型和数学模型,然后利用MATLAB求解仿真模型,得到气缸动特性参数随时间变化的可视化仿真结果,最后分析了惯性负载、行程、有效面积对作动筒动特性的影响,为正确设计新的导弹弹射装置作动筒提供了理论依据。     

基于变频供电系统试验的模拟负载及控制的设计与研究

在民用飞机变频供电系统的设计和适航符合性验证试验中,负载特性的模拟是一项关键技术,为适应变频供电系统负载特性的综合测试和验证对负载模拟的符合性需求,论述了一种适应变频供电环境下的变频模拟负载作为模拟飞机115/200V、(360～800Hz)三相四线制变频供电系统负载的综合电气特性,并为之设计智能控制系统。通过在线优化阻抗参数,提高负载的闭环特性和自适应能力,确保变频供电系统负载电气特性参数测试的准确性。     

反推力装置结构优化设计

根据叶栅式反推力装置结构及其工作原理,建立了反推力装置运动学与动力学数学模型,以此为基础,取反推力装置对作动系统的最大负载力极小化为目标函数,装置各运动机构满足几何关系为约束条件,建立反推力装置结构优化模型。通过反推力装置运动学及动力学仿真,并分析在不同结构参数下反推力装置运动学及动力学特性,验证了所建立模型的合理性与正确性。在Matlab环境下采用惩罚函数法对反推力装置进行结构优化设计,结果表明：优化后的反推力装置正向最大负载力下降了24.5%,负向最大负载力下降了16.3%,且各个机构运动不出现干涉,整个反推力装置可正常工作。论文建模方法与优化结果可为反推力装置结构设计提供参考。     

超磁致伸缩材料作动器的研制及特性分析

 采用自制的TbDyFe超磁致伸缩材料设计并制作了主动振动控制用超磁致伸缩作动器 ,并对其偏置磁场、激励磁场、静态特性、动态特性和主动控制减振效果进行了测试和分析。研究结果表明 ,作动器工作应变在TbDyFe材料的线性区 ,其总伸缩量可达 70 μm。低频动态特性好 ,谐频影响小。在自适应滤波控制方式下使用该作动器对正弦振动进行主动控制减振 ,减振效果达到 30dB。磁场均匀性对作动器输出特性有明显影响 ,采用Ansys有限元软件精确设计作动器激励磁场 ,可提高超磁致伸缩材料沿轴向磁场均匀性。     

短周期高压力试验状态下的气体流量测量

介绍了短周期高压力试验状态下的气体流量测量方法.对不同方案进行对比,选取最优方案,并在中国燃气涡轮研究院自行设计的火药模拟冷吹试验台上进行验证.冷吹和真实火药热吹试验表明,根据冷吹测得空气流量换算得到热吹试验需用火药量,可降低火药超量带来的超转等风险.同时也验证了短周期高压力试验下气体流量测量的可行性,为火药起动喷嘴设计提供重要技术支持.     

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符；反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。      

高超声速飞行器舵面作动器舱环境设计及应用

针对高超声速飞行器热结构区域作动器舱环境控制相关技术进行研究,包括耐热结构可重复使用防热设计、外部热结构的作动器舱热防护构型设计和作动器舱动密封设计等。根据舱体的不同部位采用隔热式、辐射式和热沉式的防热构型,而作动器与舱体的运动间隙密封则采用一体式动密封构件。通过隔热特性分析、承载能力分析和热设计仿真分析等手段,优选出合理的热防护系统的适用参数。     

药盒式点火器特性的研究

药盒式点火器的工作过程可分为电引火头发火期,点火器发火期和点火药燃烧期三个时期。文中利用集总参数法分析了电引火头的点火电流、点火能量和桥絲温度的瞬态特性。报导了赛璐珞药盒点火器各延迟时间的试验测量结果,并考察了点火药量(或点火药装填密度),点火药和电引火头种类,电引火头数目以及试验温度等对延迟时间的影响。结果表明,在合理设计的药盒式点火器的整个工作时间中,点火药燃烧期一般占65％以上,而点火器发火期和电引火头发火期所占比重较小,前者略长于后者。     

高效强力复合铣A轴的动力学建模与自适应滑模控制

A轴单元作为五轴数控机床的关键功能部件,其控制精度直接影响工件的加工精度和表面质量。针对系统参数摄动和不确定性切削负载对A轴伺服系统控制精度的影响,分析了A轴驱动系统的动静态性能,讨论了驱动扭矩、负载扭矩、运动方向和系统参数之间的相互关系,并建立了系统的非线性动力学模型。基于该动力学模型,设计了自适应模糊滑模控制器（AFSMC）,采用模糊系统对滑模控制律中的非线性函数项进行自适应逼近,并基于Lyapunov理论设计了模糊系统中可调参数的自适应律,同时,在滑模控制（SMC）的切换控制部分采用了指数趋近律。实验结果表明,所设计的AFSMC对不确定性负载扭矩和系统参数摄动具有较强的鲁棒性。与传统滑模控制（TSMC）相比,其在有效减小控制输入抖振的同时,使得跟踪控制精度提高了14.54%。     

用于转子系统的气膜密封阻尼结构稳态特性

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子－气膜－金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态压力场求解流程,并提出金属橡胶刚度的定量设计方法.采用有限差分法求解稳态压力场,研究GFSD工作参数和结构参数对稳态特性的影响,为GFSD结构参数设计提供参考,最后与直通式篦齿封严的泄漏量进行比较.结果表明:合理设计金属橡胶刚度能够使GFSD自适应地调节气膜间隙;在保证动压润滑的基础上,选取大长径比、小金属橡胶刚度和密封间隙能够使GFSD具有良好的稳态特性;GFSD的泄漏量远小于直通式篦齿封严,能够满足现代航空发动机中高进出口压比下的封严需要.      

机载火焰抑制器流阻特性研究

通过试验和数值计算方法研究了六边形阻火单元结构火焰抑制器的流阻特性,分析了火焰抑制器结构参数对其流阻特性的影响。研究发现,随着六边形通道边长的减小,火焰抑制器的流阻急剧增大;随着六边形通道壁厚的增加,火焰抑制器的流阻呈增大趋势;阻火单元长度越长,火焰抑制器流阻越大。因此,在火焰抑制器设计过程中,在满足阻火、耐烧及结构强度等设计要求下,应选取较大的六边形通道边长、较小的六边形通道壁厚和阻火单元长度。     

大型重载并联机构动平台结构优化设计

为保证并联机构的动平台满足工况使用要求,对动平台进行结构优化设计。首先,在动平台质量一定的前提下,设计4种结构方案,并通过分析比较,选取较优的结构方案。然后研究动平台各结构参数对其应力、变形的影响规律,确定其关键结构参数。最后建立动平台结构参数优化数学模型,对其进行参数优化设计。经过优化设计,优化后的动平台强度和刚度得到提高,满足工况使用要求。     

大型民用飞机辅助动力装置性能仿真

分析典型辅助动力装置(APU)系统的结构和气动热力学过程,采用面向对象的数值仿真方法,利用C++程序建立了APU各部件类;针对某150座级民用飞机选用的APU型号,将部件类组成具体的APU整机数学模型.依照此型APU的运行工况,完成了气动热力计算和非设计点性能计算,得到其设计点性能参数及用于飞机环境控制和主发起动模式下的工作包线及高度-速度特性、温度特性、负载特性.      

航空发动机作动筒的伺服控制建模与分析

针对典型航空发动机阀控不对称作动筒的结构在带负载工况下的应用和理论分析情况,讨论了作动筒正、反向负载对伺服作动控制的影响,提出了1种阀控不对称作动筒的伺服控制系统建模与分析方法。将该方法在项目案例上的分析结果与实际项目试验数据进行对比,结果表明:该方法切实可靠,模型置信度高,对实际应用具有指导意义。同时,为了使作动筒往返控制效果一致,作动筒负载方向应设计为反向负载,负载力大小应设计在FL0附近。     

超声速风洞模型冲击载荷抑制装置设计

为降低暂冲式超声速风洞起动/关车过程中冲击载荷对试验模型和测量天平带来的风险，设计了一套冲击载荷抑制装置。装置由上下作动机构和平板等结构件组成，通过有限元方法对四连杆作动机构进行了受力分析，验证了结构的强度和刚度可靠性。开发了伺服控制系统及软件，结合结构动力学分析确定了控制系统参数，设计了与风洞试验过程兼容的抑制装置工作流程，定制了可视化软件界面。从结构稳定性和抑制效果两个方面对装置进行了试验验证，结果表明该装置对法向力和俯仰力矩受到的冲击载荷抑制效果较好，降幅分别可达78%和77%。     

不确定伺服系统的模糊自适应 NTSM控制

针对永磁同步电机伺服系统内因结构参数变化和末端负载变化带来的控制问题,提出了 1种结合模糊控制理论的新型自适应非奇异终端滑模控制策略。首先,在传统滑模控制理论基础上设计结构参数自适应律,消除系统结构参数变化的影响;然后,利用模糊控制理论估计负载扰动的上界,减小了滑模控制的抖动问题,进而通过构造非奇异终端滑模面,提高了伺服系统的响应能力;最后,为了缩小系统的跟踪误差,设计了基于误差积分的非奇异终端滑模面。离散化仿真结果表明,所提出控制算法对系统结构参数变化和负载变化具有良好的鲁棒性。     

超磁致伸缩驱动器的致动机理研究

介绍了超磁致伸缩驱动器的特点及其应用范围,论述了驱动器的结构参数及工作原理,建立了基于畴壁理论的GMA致动模型,对采用国产材料研制的驱动器静态位移输出特性进行了测试,并对致动模型进行了实验分析.     

脉冲爆震发动机(PDE)引射增推装置试验

PDE设计了两种结构的排气引射增推装置,通过对两种结构排气引射增推装置的试验对比,研究了排气引射增推装置对PDE推力贡献,试验结果表明在合理的结构设计下,采用排气引射增推装置可使PDE平均推力增加50%左右。理论分析了排气引射增推装置的工作机理,及不同结构参数对PDE排气引射增推装置的影响,为PDE排气引射增推装置优化设计提供了理论和试验依据。