复合材料构架式卫星接头自动铺丝成型仿真研究

在七轴自动铺丝机器人加工单元上以构架式卫星接头为对象研究了自动铺丝的加工成形仿真,设计了接头的形状和自动铺丝基本线型;根据D H法建立机器人的各坐标系,应用OpenGL编程接口和VisualC++集成开发环境,设计了0°、90°和±45°三个角度的仿真模块,开发了包括芯模设计、铺丝线型仿真和七轴机器人成形运动仿真等功能的SimJoint系统软件;为深入研究自动铺丝技术提供了一个基本研究平台。     

液体火箭发动机工作过程数值仿真

建立了液体火箭发动机工作过程数学模型并进行了数值仿真计算。以开式循环发动机为原型样机,建立了工作过程数学模型,开发了数值仿真软件。通过与试车实际数据对比分析,仿真结果与实际试车数据基本吻合。还仿真了发动机起动过程中可能出现的故障模式,给出了明确结论。     

固体火箭发动机喷流流场数值仿真

采用The Diagonalized Upwind Navier-Stokes（DUNS）程序对两种火箭发动机的喷管-尾喷焰进行了一体化数值仿真。DUNS程序采用对角化ADI算法对雷诺平均N-S方程进行了求解，求解过程采用三阶精度TVD格式，q-ω两方程湍流模型。首先对文献中典型喷管的喷流流场进行了数值模拟，与文献结果进行了对比，然后针对某型号固体导弹的喷管一尾喷焰在不同飞行高度和不同飞行速度进行了数值模拟，为对该型号导弹的尾喷焰开展红外辐射研究打下了基础。     

汽蚀管两相流数值仿真及内型面参数影响研究

在液体火箭发动机中广泛采用汽蚀管来控制和调节流量。针对某液体火箭发动机汽蚀管实际选配过程中经常出现选配困难的问题,应用CFD两相流数值仿真方法,研究了该汽蚀管水试中气泡生长、溃灭等现象,得到了该汽蚀管的工作特性,而且与水试试验结果进行了对比,数值仿真结果与试验结果偏差较小,为解决实际选配问题提供了理论技术支撑。并且对该汽蚀管喉部设置直线段后的汽蚀特性进行了仿真研究,得出该汽蚀管喉部设置直线段后,相对压力损失能降低2%左右。最后分析了汽蚀管内型面参数对流阻系数和相对压力损失系数的影响,总结了成熟的设计经验。     

卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真与试验

以风云三号(FY-3)卫星为研究对象,提出了一种卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真法。根据简化的推进系统物理模型,建立了贮箱、管路、自锁阀与过滤器,以及推力器的仿真数学模型。计算了四种不同工况下的落压工作特性。计算结果与FY-3卫星推进系统热试车试验数据的比较表明,两者相当吻合。由此验证了该数值仿真法的准确性和工程推广应用的可行性。     

基于有限元模拟的管材内高压成形模具设计与优化

设计模具需要丰富的生产实践经验,新产品、新工艺的模具设计不可能一次成功,或多或少都会存在一些结构上的不合理或其他缺陷,产品因而不能顺利成形。为了解决这些问题,本文对管材内高压成形的过程用MSC.Marc有限元模拟软件进行模拟,验证模具结构上的合理性,发现存在的缺陷并进行模具的重新优化。这样可以弥补经验设计的不足,缩短了模具设计制造周期,提高了工作效率,避免了因不合理的设计而导致的资源浪费,对类似的模具设计有一定借鉴作用。     

软金属密封结构密封性能数值仿真研究

针对液氧煤油发动机管路中广泛应用的软金属密封结构,采用单边接触模型和材料弹塑性模型相结合的方法,通过有限元软件Nastran隐式非线性模块对其进行数值仿真。得到并分析了结构应力、位移及接触应力等相关参数。结果表明,软金属密封结构在45 MPa内压下,结构强度满足使用要求,密封面接触应力大于300 MPa,密封安全系数大于1.67。     

航空航天用高频高压正弦压力发生器的设计仿真

研制高频高压正弦压力发生器,测试航空航天用压力传感器在高频高压工况下的动态性能是确保发动机优化测试和控制系统有效的关键。为解决现有平面扫掠型正弦压力发生器存在频率和压力受限的问题,提出了一种径向活塞式正弦压力发生器的原理及结构设计,并进一步基于任意拉格朗日欧拉法进行数值仿真,计算其正弦信号在不同压力和不同工作频率下的动静幅值比与失真度,以及优化压力传感器的安装位置。结果表明:设计的径向活塞式正弦压力发生器应确保0.2～8.0 MPa的工作压力和200～10 000 Hz的正弦压力工作频率,正弦压力动静幅值比优于20%,可应用于航空发动机、汽轮机等领域的动态测试。     

液体火箭发动机喷管仿真模型

基于量热完全气体、组分冻结的热完全气体、化学非平衡气体模型建立了喷管性能仿真物理模型,采用三阶精度的WENO格式进行了不同气体模型的喷管流场计算。根据流场计算分析了四氧化二氮/甲基肼发动机和液氧/煤油发动机喷管的性能,并针对液氧/煤油发动机分析了室压和不同喷管扩张段型面对性能的影响。结果表明,采用量热完全气体模型所计算的比冲高于用热完全气体模型的计算值,这两种气体模型给出的计算偏差较大,且没有规律性;二维化学动力学计算结果更接近实测值;提高室压不仅能提高燃烧效率,也能减小化学动力学损失,使喷管性能提高;对Rao方法设计的喷管型面进行附面层修正可略提高性能,或在同样性能要求下略减小喷管长度。     

RBCC发动机纯火箭模态流场数值仿真研究

基于某火箭基组合循环(RBCC)发动机结构及气动参数开展了飞行高度30 km、飞行速度8 Ma时,发动机纯火箭模态三维流场数值仿真.对进气道、燃烧室、尾喷管、火箭发动机等组件流场结果进行分析,并计算了发动机总体推力.结果表明:纯火箭模态下,RBCC发动机进气道存在气流分离,喉部总压恢复系数约为0.34;燃烧室存在两股气流掺混,二级进出口总压损失约38.5％;二级燃烧室流场结构复杂,使得尾喷管入口截面气流参数分布不均,其总压畸变值为0.648;纯火箭模态下该RBCC发动机轴向推力约1 700 N.     

基于非线性有限元的网套补偿器轴向刚度特性及计算方法研究

网套补偿器在航天管路系统中广泛使用,补偿器的轴向刚度是其基本力学参数,然而其复杂的微结构特征使得轴向刚度呈现强烈的非线性。为实现对网套补偿器轴向拉伸全过程的仿真计算,从钢丝网套入手,基于钢丝的螺旋梁模型,分析了轴向长度、螺旋角及网套直径对轴向刚度的影响,结果表明轴向长度和螺旋角将显著影响轴向刚度;分析了边界条件的影响,结果表明在计算轴向刚度时固定边界与约束径向位移的循环边界可以互换。结合网套刚度分析的结论,提出了基于接触关系的子网套刚度分析方法,解释了拉伸时轴向刚度非线性变化原因,进一步建立了2/N波纹管-螺旋梁复合模型以及2/N单波-单锭螺旋梁复合模型用于不同刚度阶段的有限元计算。算例结果表明,仿真获得的力-位移曲线与试验曲线一致性较好,高刚度阶段的轴向刚度误差为3.40%。     

基于Dynaform的阶梯形件液压拉深成形仿真技术研究

用Dynaform有限元仿真软件对阶梯形件液压拉深成形过程进行了模拟，分析了压边力和液体压力对阶梯形件成形质量的影响。研究结果表明，合适的压边力和液体压力能防止阶梯形件拉深缺陷的发生。     

薄壁Y型三通管内高压成形及补料比的影响

面向航空航天轻量化制造对超薄三通管的需求,开展了不锈钢和铝合金薄壁三通管内高压成形研究。通过内高压成形实验研究,给出Y型不锈钢三通和铝合金三通内高压成形典型缺陷,采用合理的加载路径和预成形工序,实现了径厚比(原始管材直径和壁厚的比值)为183的超薄不锈钢Y型三通管和径厚比为40的铝合金薄壁三通管内高压成形。通过不同补料比Y型三通管内高压成形实验研究,分析了补料比对Y型三通管壁厚和形状的影响,指出因Y型三通管两端非对称,补料比是Y型三通管内高压成形的关键工艺参数。     

高超声速球锥组合体流场数值分析

用数值模拟法研究了高超声速球锥组合体的层流流场特性与热行为,给出了流场计算方法与格式。研究结果表明：球锥组合体压缩拐角在高超声速下出现流动分离,其流动特性受壁面温度的影响极大;提高壁面温度使压缩拐点处分离点位置前移,再附点位置后移,涡心位置提高,分离范围扩大,同时降低球锥组合体热流的分布,球锥组合体头部热流明显减小。     

喷管内横流流场的数值模拟

采用显式的原始ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ时间分裂格式和改进的ＴＶＤ ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式分别求解了二维轴对称喷管内横流流场的Ｎ－Ｓ方，得到了与理论分析结果相近似的流场结果图谱，并对以上两方法得到的结果进行了比较，结果表明：ＴＶＤ的方法具有更高的精度。文中还介绍了一种基于ＴＴＭ方法的改进的网格生成方法，用于生成贴壁性和正交性都比较好的网格，实现了完全由边界网点分布来确定内部网格点的分布。     

超高速碰撞数值模拟的工程算法模型

提出了双层板防护结构的超高速碰撞数值模拟的工程算法模型，采取理论分析、经验公式和数值模拟相结合的研究方法来模拟碎片云的产生，以及碎片云对结构的破毁过程。本模型中，碎片云的产生采用理论分析和经验公式得到，结构响应采用有限元动力学软件Dyna3D进行计算。数值模拟结果与文献中给出的破坏效果基本一致，说明提出的工程算法是可行的，模拟得到的结果能定性的描述相应的超高速碰撞的现象，得到基本正确的结果。     

地球静止轨道卫星撞击解体的数值模拟

分析了地球静止轨道（GE0）环内的物体现状,引入美国家航空航天局（NASA）的标准解体模型,给出了卫星撞击解体算法,编写了数值仿真软件,仿真研究了GEO卫星撞击解体形成碎片的特征及其轨道分布。结果表明：撞击会产生大量碎片,对空间环境造成长期的严重危害。研究结果对分析卫星撞击解体特性、保护空间环境有一定的参考价值。     

数值仿真技术在热真空试验中的应用

由于热真空试验中温度测点有限,且关键部位布置困难,不能反映试验过程部件整体和关键部位的温度结果,导致试验有效性和产品安全性难以判断。通过数值仿真技术对试验过程进行模拟,得到所有部件详细温度场,验证试验有效性与产品安全性;发现影响产品温度分布的因素,研究提高产品可靠性措施。通过对某天线热真空试验过程模拟,得到天线详细温度场,并发现产品散热板安装＂不紧密＂缺陷,是影响天线温度均匀性的＂关键点＂。     

航天器贮箱用钛制隔膜变形过程的数值模拟

基于弹塑性大位移非线性有限元理论,建立航天器贮箱用钛制隔膜变形的有限元分析模型,并对有限元软件进行二次开发,首次通过编辑子程序实现了隔膜厚度的渐进变化及失效过程中隔膜的自动开裂,准确仿真出了隔膜在翻转变形过程中发生的褶皱、偏心与破裂等失效行为。依据此模型,分别对075 mm等厚隔膜及055~08 mm变厚隔膜的翻转过程进行了仿真,并对其翻转规律及失效机制进行了分析。研究发现,等厚隔膜在翻转过程中易产生褶皱,渐变壁厚隔膜翻转性能明显优于等厚隔膜,能克服褶皱的产生,但变厚隔膜在变形过程中易产生偏心。通过与试验对比表明,数值仿真能准确预测隔膜的变形规律与失效模式,为后续优化厚度分布提供了可靠的依据。     

导弹热分离环境下发动机壳体温度分布研究

用数值模拟的方法对多级导弹间分离时发动机壳体前后封头的温度分布进行了预示。流场计算采用Ｇｏｄｕｎｏｖ格式求争非常定轴对称Ｅｕｌｅｒ方程组；针对物理域比较复杂，采用了区域重叠的分区算法；热流计算考虑了燃气射流中Ａｌ２Ｏ３粒子含量在驻点区引起的热增量，结果表明：对于前封头，由于含有Ａｌ２Ｏ３粒子而经起的驻点区热增量因子４－６，计算得到的最大热流与实测热流接近；对于后封头，不需采用驻点区热增量模型进行