球锥形罩体热力耦合试验方法研究

本试验方法是在燃气流试验设备产生的高温超声速自由射流流场热环境中,针对燃气流施加的力载荷模拟量不足的情况,设计了一套外力加载装置模拟大攻角变轨机动飞行时所承受的横向气动力,解决了本试验装置在高温环境下的力载荷模拟问题,并成功进行了球锥形罩体的热力耦合试验,本文内容对于类似的高温热力耦合试验具有重要的参考价值。     

轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析技术的研究

锻件成形过程中,非稳态、不均匀的温度场对金属的塑性流动有很大的影响，尤其是高温成形过程。本文对轴对称段件成形过程的热力耦合有限元分析技术进行了研究。论述了刚塑性有限元分析方法，建立了热力耦合分析模型，开发了轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析软件。通过将圆柱体镦粗过程的模拟结果与有关文献中的实验结果和模拟结果的比较，说明了该方法和软件的正确性。     

电热除冰的热力耦合特性及其对冰层的影响研究

采用计算和实验相结合的方法,初步研究了电热除冰过程中的热力耦合特性及其对冰层的影响.在电加热条件下,耦合外部气动力载荷的作用,采用有限元方法计算了不同热流密度下表面冰层和蒙皮间界面法向和切向应力的分布,比较了加热/不加热条件下界面法向和切向应力分布的差别,研究了冰层最大主应力随热流密度的变化规律.研究发现,电加热条件下,在表面冰层融化前,热力耦合特性将造成冰层内部应力的显著增加,从而 造成冰层局部区域的破裂,加速冰层的破坏.同时,设计的原理性实验结果验证了热力耦合特性对冰层的破坏影响.研究结果对于电热除冰理论和除冰技术的发展有现实意义.     

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。     

钛合金缺口试样拉伸破坏载荷预测

针对航空发动机轮盘常用钛合金材料,开展了常温和高温下光滑和缺口试样的拉伸变形和断裂行为试验研究,建立了其大变形本构模型。基于该本构模型,利用大变形有限元分析,计算获得缺口试样的载荷-位移曲线。将该曲线最高点对应的载荷确定为试样的拉伸破坏载荷,并与试验进行对比。结果表明理论预测与试验吻合较好,从而验证了所提出的拉伸破坏载荷预测方法的有效性。     

复合材料平尾接头力学性能研究

针对某平尾中央翼与外翼前梁连接接头,设计了复合材料接头试验件.根据平尾接头实际载荷工况及试验件构型,设计了特定的试验夹具,确定了静力试验方案.通过静力试验,得到了试验件在实际载荷工况下的静力极限载荷和破坏模式.并采用ABAQUS有限元软件,对中央翼前梁接头、外翼前梁接头试验件进行静力分析,有限元预测结果和试验结果吻合较...     

ANSYS在压电天平设计中的应用

利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法,对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析,静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系,评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数;模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型,用于评估天平的频率响应特性;瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性,评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高,具有较好的分量间抗干扰能力,设计的天平频响较高,加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿,能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。     

面向天线板热变形的有限元模型修正方法

为满足卫星天线板的在轨热变形测量要求,需要建立精确有限元模型模拟天线板热变形过程。蜂窝夹层板作为天线板主体结构,在有限元建模过程中通常需要对其进行简化处理,导致有限元计算结果与实验测量值之间存在差异。针对上述问题,进行了高温环境下天线板结构的热变形实验,得到温度场分布与热变形位移矩阵。通过对温度场拟合得到有限元模型热载荷。在此基础上,提出了利用天线板有限元模型与实验模型面外位移测量矩阵的均方根误差作为修正目标,基于多岛遗传算法的有限元模型修正方法,对模型材料参数与边界条件进行修正。修正后有限元模型的预测精度得到了明显提高。     

复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

复合材料蜂窝夹层结构轴压载荷下总体屈曲计算研究

对两种芯层厚度的复合材料蜂窝夹层板进行轴压载荷下的稳定性试验,给出了试验件的屈曲载荷及破坏形式。分别采用四种工程方法及线性与非线性有限元方法对轴压载荷下蜂窝夹层板的屈曲破坏载荷进行计算,根据试验结果,对各类方法的计算结果进行了误差分析并给出了其使用建议。对文献[8]中的方法,因计算过程简单,易于程序化实现,推荐在型号设计中使用。     

轴对称矢量喷管作动系统矢量偏转受载特性研究

针对轴对称矢量喷管实际工作时A9作动筒负载未知问题,提出了结合轴对称矢量喷管空间运动学模型和矢量偏转CFD模型的耦合建模方法。首先根据CFD计算求解喷管扩张调节片受载情况,然后由运动学模型确定偏转过程各调节机构空间位姿,最后结合受力分析、力矩分析建立矢量喷管A9作动系统受载分析力学模型,解得A9作动筒受载情况。仿真结果表明:随着发动机工作状态的增加,完成相同的矢量偏转角度,A9作动筒输出力不断增大;A9作动筒输出力随矢量偏转角增大而增大,随矢量方位角变化呈现正弦周期性变化。该方法可为矢量喷管作动系统地面加载试验提供载荷谱,具有重要的工程应用价值。     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂,容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统,在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布,通过多孔材料内传热理论分析,基于现有EMT和ME1数学模型,利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值,验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

高超声速飞行器脉冲风洞测力系统研究

吸气式高超声速飞行器具有各系统高度耦合的特点,现阶段的主要研究手段是在脉冲燃烧风洞中开展一体化飞行器带动力试验。针对脉冲燃烧风洞的特点,发展了一体化飞行器风洞试验快速测力方法。对试验模型和天平组成的测力系统进行了建模,获得了测力系统结构设计准则;采用数值仿真和锤击法获得了测力系统的模态,对试验过程中模型振动信号进行分析研究。结果表明:测力系统的振动频率满足测力要求,且其振动形式与锤击法测定模态一致。在脉冲燃烧风洞中开展的飞行器带动力试验结果表明:测力系统满足脉冲燃烧风洞测力要求,能够获得大尺度高超声速一体化飞行器气动力载荷,且满足精度要求,证明了在脉冲燃烧风洞中开展大尺度高超声速一体化飞行器技术研究的可行性。     

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。     

Magnification Ratio of Mechanical Displacement Amplifier in Sensing Device

In order to monitor deformation of high temperature components for a long time,a sensing device integrating a bridge-shaped mechanical displacement amplifier has been designed.This sensing device has higher resolution and accuracy than conventional extensometers.However,the relation between the magnification ratio and the structure size of the displacement amplifier is a bottleneck of sensing device design.Addressing this,the magnification ratio of a mechanical displacement amplifier is analytically derived based on its geometry structure.Six prototypes of the displacement amplifier made in propathene are manufactured,and an experimental system is set up to validate the accuracy of the established magnification ratio equation.Theoretical magnification ratios and experimental magnification ratios are compared and agree well,which verifies that the proposed equation is reliable.This analytical equation provides an effective design method for bridge-shaped mechanical displacement amplifiers with an expected magnification ratio.     

Two-Way-Coupling Method for Rapid Aerothermoelastic Analyses of Hypersonic Wings

Several types of coupling methods for resolving aerothermoelastic problems associated with hypersonic wings are summarized,and the appropriate coupling methods for engineering calculations are selected.Then,the calculation and analysis methods for the subdisciplines in this field are introduced,and the time step issue is discussed.A two-way-coupling rapid static aerothermoelastic method for analyzing hypersonic wings is proposed.This method considers thermal effects and is used to conduct an aerothermoelastic response analysis for a hypersonic wing.In addition,the aerodynamic force,heat flux,structural deformation and temperature field are obtained.The following three conclusions are drawn.First,the heating effect has a significant impact on the static aeroelastic response of hypersonic wings;therefore,thermal protection shields are essential.Second,the application of thermal protection shields reduces the differences in the calculation results between the one-and two-way-coupling methods.Third,hypersonic wings exhibit large thermal deformation under high-temperature environments,and in certain cases,the thermal deformation is even larger than the deformation caused by aerodynamic force.     

翼型测力天平的研制

为研究翼型结冰状态下的载荷变化规律,对翼型进行测力实验.研制一台三分量翼型测力天平.天平设计的突出难点为设计载荷极不匹配,阻力测量载荷很小.设计时,针对翼型载荷的特点,采用片梁组合方式测量阻力,四柱梁测量法向力及俯仰力矩,并采用有限元方法对结构进行了验证计算.主要介绍天平的设计、校准及应用情况.     

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。     

Aero-thermo-elastic Numerical Calculation and Analysis of Spinning Rocket

The application of computational fluid dynamics/computational solid method （CFD/CSM） on solving the aero-thermo-elastic problem of spinning rocket is introduced. Firstly, the aerodynamic coefficients of a rocket are calculated, and the results are compared with the available experimental data, which verified the accuracy of the CFD output. Then, analysis is carried using ANSYS Workbench multi-physics coupling platform, which includes fluid, thermal, and structural solvers. The results show that spinning causes a significant effect on the de formations and stresses. Furthermore, thermal stresses due to high temperature at the rocket warhead and tail edges have a dominated effect, even more than those produced by aerodynamic forces. Consequently, this important outcome should be taken into consideration during the rocket design stages.     

高热环境下前缘结构高温应变测量

高超声速飞行器前缘在大气层中长时间飞行时受热严酷,热应力影响大,分析前缘结构热应力十分必要。在电弧风洞模拟的高热环境下采用高温应变计对高超声速飞行器前缘结构进行了高温应变测量,介绍了试验设备、试验条件、试验模型和热输出标定等,并介绍分析了碳基复合材料和某耐热合金2种材料前缘模型试验结果,同时对比了有限元计算结果,表明测量结果真实。试验应变测量最高温度600℃,试验结果表明,前缘模型侧面平板的应力状态处于合理水平。应力应变数据对于结构优化设计起到了重要作用。