航空发动机螺纹连接拧紧力矩应用分析

拧紧力矩的准确施加是航空发动机螺纹连接件正常工作的保障。本文分析航空发动机螺纹连接件的松动机理,并以航空发动机螺纹连接件不同使用工况为基础,探讨了螺纹连接摩擦因数、工作温度、被连接件刚度、自锁螺母锁紧性能等因素对螺纹连接拧紧力矩及预紧力的影响。结合螺纹连接件不同的应用需求,本文还简要分析了螺纹连接件分段加载和伸长量法加载两种不同装配方式对拧紧力矩的影响。     

结构热试验中的加载技术

结构热试验是为了解决飞行器在高速飞行时出现的“热障”问题而发展起来的地面模拟试验技术，通过模拟飞行器在飞行中的热环境和气动载荷来检验其对飞行器结构的影响。针对结构热试验中的几种加载方式进行了探讨，并在头锥热载联合试验及仪器舱热在联合试验中进行应用。     

一、关于螺纹的旋合长度

普通螺纹新旧国标的差异之一是新国标明确规定了螺纹的旋合长度,即两相配螺纹的连接长度。其实“旋合长度”这个术语我们并不陌生,在螺纹生产中经常接触它。有时还会遇到某些较长螺纹旋合时产生干涉的现象,旋合性不能保证,与此相反,对较短螺纹,旋合性虽得以保证,但却出现啮合间隙偏大的现象,影响螺纹的连接质量。对于这种松动现象有人以为是由中径超差引起的,但经检查,内外螺纹的中径均是合格的。那么这种现象应该如何解释呢?我们认为,出现这种“松动”或“干涉”现象的主要原因是没有考虑螺纹的旋合长度,没有在螺纹配合长度范围内控制中径公差。     

一、关于螺纹的旋合长度

普通螺纹新旧国标的差异之一是新国标明确规定了螺纹的旋合长度,即两相配螺纹的连接长度。其实“旋合长度”这个术语我们并不陌生,在螺纹生产中经常接触它。有时还会遇到某些较长螺纹旋合时产生干涉的现象,旋合性不能保证,与此相反,对较短螺纹,旋合性虽得以保证,但却出现啮合间隙偏大的现象,影响螺纹的连接质量。对于这种松动现象有人以为是由中径超差引起的,但经检查,内外螺纹的中径均是合格的。那么这种现象应该如何解释呢?我们认为,出现这种“松动”或“干涉”现象的主要原因是没有考虑螺纹的旋合长度,没有在螺纹配合长度范围内控制中径公差。     

月面着陆器上升级压力舱结构优化研究

针对未来航天器大承载、轻量化需求,开展了月面着陆器上升级压力舱的结构优化研究。在卧式上升级压力舱静力学有限元仿真分析的基础上,以压力舱蒙皮厚度和加强型材截面尺寸为优化变量,以整舱结构强度满足设计许用应力为约束条件,以压力舱结构质量最小为优化目标函数建立结构优化模型,获得了静压作用下压力舱最优结构形式。同时还讨论了压力舱压力体制、结构设计许用应力对压力舱结构质量的影响。研究结果有助于确定载人登月任务总体方案中的关键参数,得到复杂力学环境下的压力舱最优构型。     

航空发动机自锁螺母使用寿命影响因素分析与研究

针对航空自锁螺母锁紧力矩衰减过快的问题,分析了螺纹连接松动的原因和防松措施。从自锁螺母的选材及热处理控制、螺母不同结构、锁紧区收口变形形式及变形量大小等方面研究了影响螺母锁紧性能和使用寿命的主要因素。结合航空自锁螺母典型结构及载荷工况要求,提出了优化设计结构及非金属嵌件自锁螺母新结构,并开展锁紧性能对比试验。试验结果表明,优化设计结构及非金属嵌件螺母新结构的应用提高了自锁螺母使用寿命,并实现了紧固件轻量化设计。     

剪切载荷下基于接触面滑移-黏着接触状态变化的螺栓松动特性

为研究螺栓松动特性,首先建立了带升角螺纹螺栓连接结构精细有限元模型,采用施加力矩法施加了初始预紧力,然后进行了螺栓松动特性仿真分析,提出了基于螺栓头接触面和螺纹接触面滑移-接触状态变化分析螺栓松动特性的方法,最后对该方法进行了准确性验证。结果表明：螺栓头接触面和螺纹接触面滑移-黏着接触状态变化规律能准确表征螺栓松动特性;两接触面滑移-黏着接触状态的交替变化是造成螺栓松动的主要因素,若始终存在黏着区域,螺栓松动不会发生;接触面处于滑移状态区域面积越大,增长速率越快,螺栓松动越容易发生;振幅越大、偏心距离越大,两接触面进入滑移状态的区域面积越大、速率越快,螺栓松动越容易发生;两接触面摩擦因数相差越大,螺栓松动越不容易发生,并存在一个两接触面摩擦因数匹配值范围,使螺栓松动最容易发生。     

航空发动机螺纹连接件密封结构标准符合性分析

基于产品漏油故障，通过对螺纹连接件密封结构关键要素进行分析，同时对比不同标准关键要素的要求，结合试验验证结果，分析航空发动机螺纹连接密封结构设计标准符合性结果是否具备一致性，为航空发动机类似故障维护保障问题提供一种可遵循的共性解决方案。     

主动引射自由射流试验系统舱压的仿真建模分析

为了准确预测主动引射自由射流试验过程的舱压动态变化规律,对用于固体冲压发动机试验的自由射流试验系统的关键气动过程建模和仿真分析.建立了试验系统和固体冲压发动机试验件的数学模型与仿真流程图,对比了仿真结果与试验结果的差异,分析了在不同工作时段的冲压发动机对舱压变化的影响,对模拟马赫数和高度均变化的变工况虚拟试验仿真,获得...     

具有舱门补型结构的高空舱排气流场特性数值研究

为了研究具有舱门补型结构的大涵道比发动机高空舱的排气流场特性,对其开展了精细化几何建模及数值模拟研究。首先,建立了带舱门补型结构的高空舱、发动机与排气扩压器联合的仿真物理模型;随后,针对不同的舱门结构形式、发动机工况以及次流流量,通过数值模拟方法进行对比验证;最后,分析舱门补型结构对高空舱排气流场影响机理,给出舱门补型结构对排气流场特性的影响规律。结果表明：舱门补型结构对发动机推力计算结果无明显影响,推力主要受发动机参数和环境压力的影响,但有舱门补型时高空舱内回流区明显减小,有利于高空舱内气体的排出;次流不仅降低了高空舱内气体的回流,还使得舱温降低,在高空舱内起到了整流和降温的作用;引射距离会影响排气扩压器的气体排出效率,且随着引射距离的减小,高空舱内回流区明显减小,提升了排气扩压器效率。     

复合材料气瓶热防护材料隔热性能试验研究

以复合材料气瓶热防护材料的耐高温及隔热性能为研究对象，通过真空舱模拟上面级飞行段的真空环境，采用石英灯阵模拟热源，对两种热防护方案开展真空热试验，分析了不同材料（组合）、多层隔热组件不同单元的隔热性能及其差异产生的原因。结果表明两种防热方案都可使气瓶壁面温度满足不超过70 ℃的温度要求，其中“柔性隔热毡+中温多层”组合防热结构的耐温和隔热性能更优，并通过理论计算与试验值对比验证了热仿真计算中的不确定性，试验结果可为后续型号防热设计提供参考。     

某控制舱的“低周疲劳”断裂分析

某控制舱振动试验后发生了断裂。根据化学成分、机械力学性能、金相、扫描电镜（ＳＥＭ）等分析结果认为：该控制舱为“低周疲劳”断裂。据此，提出了改进措施及建议；经改进后，未再发生类似现象。     

穿舱路径对空间站内航天员定向任务绩效影响的仿真试验研究

航天员在空间站内的不同舱段间穿行时常常会遇到失定向的问题。为了探究不同穿舱路径对航天员完成定向任务的影响,建立了多舱段的空间站虚拟环境,并开展试验,研究了不同穿舱路径中完成定向任务绩效的差异。结果表明:定向任务的绩效在不同种类的穿舱路径间具有显著差异,失重条件下运动方式的变化会造成定向任务绩效的下降。研究结果可以为航天员空间站内定向训练和空间站内导航辅助标识的设计提供参考。     

分离涡模拟方法在内埋弹舱机弹分离模拟中的应用

为了研究内埋弹舱非定常流场对武器投放分离特性的影响,基于分离涡模拟（DES）方法和非结构重叠网格技术,建立了内埋武器机弹分离高精度数值模拟方法。在此基础上,首先通过典型空腔流动和机弹分离算例验证了数值方法的有效性,然后采用平均雷诺应力模拟（RANS）和DES两种方法探究了机弹分离过程中弹舱腔内涡结构的演化历程,分析了两种方法在机弹分离流场结构模拟中的差异,研究了内埋弹舱流场结构对导弹分离特性的影响。计算结果表明：机弹分离过程中,高强度涡结构逐渐向弹舱腔体后缘聚集,同时弹舱剪切层流动结构被导弹破坏,导弹出弹舱阶段俯仰方向所受气动力矩急剧变化。相比RANS方法,DES方法捕捉到的高强度小尺度涡结构对导弹压力分布影响较大,使得分离后期导弹俯仰角、俯仰角速度产生明显差异,DES方法更适合内埋武器舱分离特性精细化研究。该研究结果可为内埋武器机弹分离研究的计算方法选择和安全分离策略提供一定的参考依据。     

内埋武器投放分离相容性的风洞投放试验预测与评估

采用基于运动动力学相似的风洞投放试验对先进战斗机内埋武器投放分离相容性进行预测与评估，给出载机在不同飞行马赫数、攻角、弹舱长深比及舱内武器剩余数量、不同弹射力、折叠翼是否展开下，内埋导弹从载机弹舱投放分离后的运动轨迹和俯仰姿态角变化规律，研究这些因素对内埋导弹投放分离相容性的影响。结果表明：处于超声速飞行状态下（马赫数为1.5）的载机，攻角处于0°、2°、3°时投放内埋导弹后弹体俯仰角处于低头状态，利于攻击载机前下方敌方目标；在给定的初始分离条件下，对于两种不同的弹舱长深比，内埋导弹均能安全分离，但对内埋导弹俯仰方向运动影响较为显著；弹舱内武器剩余数量对内埋导弹分离特性影响较小，导弹能快速地远离载机干扰流场，投放分离后弹体俯仰角一直处于低头状态；随着内埋导弹初始分离速度增大，可使弹体快速地穿过载机的下洗流场，有利于内埋导弹与载机的安全分离；导弹的不同气动布局对内埋导弹分离相容性有一定的影响。     

有关螺纹松动试验方法的动向

本文是ISO/TC2螺纹松动试验研究情况的报告。 一九七三年六月在柏林举行的ISO/TC2第一分委员会第十四次会议上,西德的修鲁太先生提出了螺纹松动试验的简单报告。经会议研究,决定设立振动试验工作组(ISO/TC2/SC1/WG2),委托西德、法国、英国、美国、日本等国参加。     

螺纹要素对构件断裂力学特性影响的实验研究

 在模拟实验的基础上,对飞机结构中常用的 3 0 Cr Mn Si A螺栓的应力强度因子 K进行了研究。根据已有的螺纹紧固件的应力强度因子的研究成果,利用类比的方法,在充分考虑螺纹要素的前提下,推导出了螺栓根部的应力强度因子 K表达式,并通过实验探讨了螺纹要素对构件断裂力学特性的影响。实验还表明,实验值与理论分析符合的很好。     

内埋式弹舱流场特性及武器分离特性改进措施

为改善内埋弹舱的流场特性以及内埋武器分离特性,采用在弹舱前缘悬细金属条的方法对弹舱流场进行流动控制,并在高速风洞中进行了试验研究。通过分析舱底静态压力试验结果以及脉动压力试验结果,研究了武器模型处于不同分离位置时流动控制对弹舱流场特性的影响;通过测量武器模型力和力矩,研究了流动控制对武器分离特性的影响。研究结果表明：武器模型处于不同分离位置时,该流动控制方法对弹舱底部静态压力分布以及总声压级分布的影响是相似的;当弹舱的流场类型为过渡／闭式穴流动时,采用该流动控制措施能有效降低舱内的静态压力梯度,并能有效改善武器的分离特性;当弹舱的流场类型为开式穴流动时,采用该流动控制措施能有效抑制舱内产生的气动噪声。     

翼尖悬挂物结构动强度设计与分析

翼尖悬挂物是飞机平台的1种基本构型,可装置电子设备,实现某些特定功能,飞行过程中,由于受到各种静、动载荷的作用,翼尖舱结构易产生极高的应力水平,从而降低结构使用寿命,影响飞机飞行安全。文中选取某型翼尖舱,开展了结构模态分析、动响应分析,以及振动疲劳寿命分析,通过全机地面共振试验和振动试验验证,计算结果与试验结果相吻合,结果表明翼尖舱结构设计合理,满足动强度在飞机设计上的要求。     

转子弹性支承螺栓松动致干摩擦故障分析

根据工程实际中某核心机转子振动异常现象和试验件结构检测结果，建立了前支点鼠笼弹支松动的故障转子简化力学模型。基于转子动力学理论和试验信号中谐波特征，建立了前支点鼠笼支承结构由于螺栓连接松动致干摩擦简化模型，重点分析了干摩擦非线性对转子系统的轴心轨迹、弹支位移和支点反力等动力学响应特征的影响，从简入繁分析了如下3种转子的动力学特性：无故障的线性转子系统；考虑螺栓松动致非线性力、不考虑陀螺效应的非线性系统；考虑螺栓松动致非线性力和陀螺效应的非线性转子系统。研究发现：在转子系统中考虑干摩擦非线性力后，系统响应特征中会出现丰富的谐波成分；螺栓松动故障转子系统简化力学建模时，是否考虑陀螺效应对谐波特征也有较为明显的影响。该研究能为该类故障转子系统的监测和诊断提供参考。