液浮惯性仪表温度场的仿真分析

液浮惯性仪表精度跟温度场有关联,温度分布不均匀和温度波动都会对仪表精度产生影响,因此研究液浮惯性仪表内部的温度场分布尤为重要。利用有限元方法对液浮惯性仪表进行温度场仿真计算,根据仪表的结构特点合理的设置了测温点,通过试验的方法提取了特征点的温度值,验证了仿真结果的正确性,为液浮惯性仪表的热设计提供了基础参数。     

浮油密度受温度影响的分子动力学模拟

浮油是液浮陀螺仪的重要组成部分,陀螺仪工作环境温度分布不均引起浮油密度局部变化,导致产生干扰力矩。有限元方法能够实现液浮陀螺仪温度场的仿真以及干扰力矩的分析,但是缺乏对浮油物化性质及变化的研究。通过分子动力学模拟的方法,建立并优化了氟醚油的分子链以及密度计算模型,得到了分子量和温度对密度的影响。结果表明,氟醚油密度随分子量增大而增大,且模拟数值与实测密度相符。温度升高,氟醚油密度下降,密度与温度之间呈线性相关,且分子量越低密度下降越快。拟合校正后所得到的温密方程实现了浮油性质的定量分析,为有限元仿真和液浮陀螺仪的设计提供了基础参数。     

序言

<正>机电转子式陀螺仪基于经典牛顿力学,是工业化应用最早的一类惯性仪表,该种仪表因其简单、便捷的工作原理,以及稳定、可靠的工作特性,20世纪初即在舰船等导航中得到广泛应用。一个多世纪以来,人们为了提升机电转子式陀螺仪的精度与使用性能,以降低转子(组件)支承上的干扰力矩为主线,陆续发展了滚珠轴承、静压气浮、静压液浮、液浮等支承技术,及至“三浮”支承(高速转子采用动压气浮支承,陀螺组件采用全液浮和磁悬浮支承)和静电支承等技术的发展应用,使其达到了工程上的最高精度。时至今日,     

三浮陀螺仪温度场实验研究

本文首先对陀螺内部浮液温度差引起的干扰力矩进行了理论分析;接着在理论分析的基础上,通过实验方法对三浮陀螺仪内部温度场进行了测试;最后通过对实验结果进行分析,从陀螺的安装方法上提出了减小陀螺内部温度差的优化措施,为改善三浮陀螺仪温度场的均匀性,进而提高陀螺仪精度做出了积极的贡献。     

基于简化Mohr模型的光纤陀螺温度补偿方法研究

为了提高光纤陀螺温度补偿精度,采用Mohr理论建立了光纤环圈的热传递模型,准确分析了光纤环圈内部的温度变化和分布情况,计算得到了光纤环圈的Shupe误差。根据Shupe理论误差和陀螺仪输出的相关性分析,得到了最优的光纤环圈热传递参数。根据热传递参数建立了光纤陀螺温度补偿模型,完成了光纤陀螺的实时温度补偿,实际补偿后光纤陀螺仪变温精度提高了约3.4倍。     

内送粉超声速等离子喷涂流场特性分析

应用流体控制方程、传热传质方程、粒子输运方程、Maxwell电磁场方程建立多场耦合数学模型,通过数值计算方法研究超声速等离子喷枪内外等离子体流动特性。所采用的内送粉三维模型包含阴、阳电极固体以及阳极边界层区域,考虑了等离子气体的电离与复合反应,以及局域热平衡效应,得到了超声速等离子喷涂在纯氩和氩氢混合气氛中的气流温度场、速度场分布以及电弧电压分布。结果表明:在加入氢之后,喷枪内等离子体温度提高了30%,速度提高了67%;喷枪外气流速度和温度在距喷嘴出口0~50mm间梯度变化大于喷涂距离50~100mm,且径向速度和温度梯度变化随着喷涂距离增大越来越小。计算得到的电弧电压与测量值相差4.4%,说明了考虑阳极边界层后计算模型的合理性。     

基于共轭传热的单边膨胀后体温度场计算分析

基于共轭传热数值计算方法，对某高隐身无人机（UAV）单边膨胀后体喷流作用下的壁面温度分布进行研究，利用薄壁型网格解决了面积大且厚度薄的蒙皮、侧板结构导致的网格量过大的问题，构建精度较高的计算模型，并完成相关计算分析，主要结论如下：传统的单一流体计算虽然可以得到相似的温度分布，但得到的温度值偏高，最大可相差50 K以上；共轭传热计算可以得到更为符合实际的结果，并且可以得到结构内部温度梯度的分布，为热应力分析及结构设计提供指导；对比相同流动条件下不同金属材料的影响，某耐高温合金的壁面温度极值比金属钢高约30 K，且其上、下壁面的温差更大，梯度更高，两材料纵向肋板位置温度梯度极值分别为120 K/cm和65 K/cm。     

浅谈陀螺仪的特点以及零次项误差的产生和计算方法

本文主要论述了两个问题。第一、飞机、火箭等飞行器的转动运动的测量。目前广泛利用了陀螺仪，或以陀螺仪为核心的惯性导航技术。文中简单概述了陀螺仪的分类及基本特性，特点介绍了平台式惯性导航系统的工作原理。第二，静压液浮陀螺仪零次项误差浅析。文中阐述了静压液浮陀螺仪的工作原理及结构、特点、建立了运动方程，并分析了零次项误差的产生、来源及计算方法，最后指出：零次项误差是不可避免的，但我们可以力争减小各种干扰力矩，使超差控制要求的范围之内，从而提高了陀螺仪的使用精度。     

液体火箭贮箱增压排液过程三种气枕模型的数值对比

针对液氧贮箱氦气增压排液过程,分别建立了零维整体模型、一维分层模型及二维计算流体力学(CFD)模型对气枕物理场的变化规律进行数值研究.零维及一维模型采用经验公式求解气枕与壁面间的换热量,而二维CFD模型通过低雷诺数k-ε模型确定流体与固壁间的耦合换热作用.计算时氦气采用理想气体模型.利用三种模型分别预测了贮箱内气枕压力、气枕平均温度及温度分布规律.计算结果表明:三组结果分布合理,不同模型的结果之间能够互相印证;对于气枕及与气枕接触壁面沿轴向的温度分布,在气枕主体区一维模型与二维模型预测结果基本吻合,而在靠近消能器的气枕上端,两种模型预测值存在偏差;当增压气体入口速度较大时,气枕上端径向温度分层明显,需采用二维CFD模型才能展示气枕物理场分布.      

某驻涡燃烧室性能数值模拟

设计了适用于某驻涡燃烧室模型的喷油杆,对该喷油杆进行了冷态雾化试验,在不同的气液比、不同的气体和液体压力下研究了喷油杆的雾化性能.通过计算流体动力学(CFD)方法对驻涡燃烧室进行了冷态和热态的数值模拟,得到了燃烧室内部的速度场、温度场和质量分数分布.计算结果表明:该燃烧室设计合理,结构紧凑,燃料燃烧充分,凹腔试验件的壁温分布较为理想.得到了总压损失和出口温度分布的变化规律:燃烧室的总压损失略偏大,出口温度分布较为均匀.并对出口温度分布的规律进行了试验验证,研究结果可以为驻涡燃烧室的工程应用提供参考.      

气体模型对高超声速再入钝体气动参数计算影响的研究

本文采用完全气体模型、振动激发气体模型、平衡气体模型、一温度非平衡气体模型、两温度非平衡气体模型和三温度非平衡气体模型进行了钝体高超声速绕流流场的数值计算。分析了各种气体模型对激波脱体距离、壁面热流、温度分布和密度分布等的影响。结果表明：采用两温度（或三温度）非平衡气体模型计算的激波脱体距离更接近实验情况；采用平衡气体模型计算的壁面热流量高，一温度非平衡气体模型完全非催化的壁面热流最低，而完全气体模型的壁面热流在两者之间。最后给出了各种气体模型的密度等值线比较图。     

一种高精度多路温度采集方法研究

惯性平台系统是一种框架系统,主要包括平台本体、电路箱和电源箱.平台系统精度主要靠安装在平台本体的三浮陀螺和加速度计来保证.通常惯性平台的工作环境比较严酷,惯性传感器对温度有很高的敏感度,在系统正常工作时,平台内部有二级温控来保证仪表有良好的工作环境,但内部空间温度梯度变化会影响惯性传感器的精度.在温度采集过程中,铂电阻存在非线性、自热效应及热电动势等电气干扰的精度影响.采用阻值比较法,通过引入恒定激励电流来抑制温度采集电路的自热效应,并基于FPGA设计并行多通道温度采集电路.给出了系统总体设计方案、测温电路参数设计、序列激励电流控制和数字滤波补偿的具体实现方式,测试结果表明该系统可实现64路温度采集,在一定范围内测温精度能达到±0.02℃,满足精度要求.     

液浮陀螺仪性能指标测试方法的误差分析

对液浮陀螺仪的工作原理、数学模型及相关性能指标测试方法进行了简单介绍,针对目前的测试方法,对其中存在的测量误差进行了理论分析,建立了误差数学模型,为提高陀螺仪的测量精度提供了理论依据。     

离心式喷嘴内流场特性的数值模拟

基于单流体模型及气液两相混合分数的概念，建立了离心式喷嘴内流场的数学模型，并进行了数值计算，计算结果给出了离心式喷嘴内部液膜与气涡共存的流场结构及气液交界面的几何形状，计算得到的壁面压力分布、出口处液膜内轴向速度分布以及雾角大小都与实验结果吻合的很好，与常用的跟踪气液界面的ALE方法相比，本文建立的数值模拟方法具有简单，计算量小和易于实现的特点。     

光纤环瞬态温度梯度对Shupe误差的影响

光纤陀螺的承环结构不同,会影响光纤环的温度及温度梯度分布,进而影响陀螺的精度.对四种不同承环结构的光纤陀螺进行有限元瞬态热仿真,得到光纤环的温度分布.基于四极对称绕法绕制光纤环的截面数字离散化模型,绘制了四个光纤环沿展开光纤上的温度分布,计算了四个陀螺的轴向和径向温度梯度及其引起的Shupe误差.对比分析结果表明:承环结构形式不同,光纤环的轴向和径向温度梯度不同,轴向温度梯度对光纤环的Shupe误差影响更大.     

基于USB接口的液浮陀螺数据采集系统设计

针对液浮陀螺仪的测试需求,设计了基于USB接口的数据采集系统,该系统可方便实现液浮陀螺仪温度、马达、速率、电源状态等遥测参数及差分脉冲信号的采集,有助于上位机实时监测、存储实时测试数据.本系统成本低、使用方便,且可以应用于其他0～5V模拟量信号的实时数据采集,具有较好的通用性.     

不同压比下塞锥三维传热分析

为了解塞式喷管发动机在不同压比下工作时的再生冷却换热特性, 对一试验用塞式喷管发动机建立三维计算模型, 采用数值模拟的方法, 得到了不同压比下再生冷却塞锥壁面以及内部截面的压强、热流密度和温度的分布曲线和云图.计算过程中采用一阶迎风格式离散控制方程.计算结果表明塞式喷管发动机在较低压比的工况下工作时, 塞锥受热状况较为恶劣, 塞锥壁面出现压强和温度的峰值, 该截面内部的温度和温度梯度达到最大.      

热水火箭发动机非稳态工作过程数值模拟

为了更好地了解热水火箭发动机的工作特性,建立了热水火箭发动机内流场的数值计算模型,对发动机非稳态的工作过程进行模拟,并与实验数据对比进行验证。通过对发动机工作过程的研究,发现在发动机工作过程中,喷管之前相变较缓慢,而在喷管中相变比较剧烈,从而使得喷管部分的气体体积分数梯度较大,越靠近出口,气体体积分数越大,出口气体体积分数高达90%以上,其温度越低。发动机内部压力首先急剧降到初始温度对应的饱和压强,然后缓慢降低。把热水火箭发动机的工作过程分为三个阶段:初始段、中间段和拖尾段。发动机的总冲主要集中在中间段,约占总比冲的70%以上。     

考虑热流固多物理场耦合的圆周密封特性

基于圆周密封工况分析,建立了流场、温度场及结构场的多物理场耦合三维求解模型。通过热流固耦合方法计算结果分别与理论模型和试验结果对比,验证了模型正确性。分析了圆周密封流场、温度场和结构场特性,及耦合场应力和变形分布规律,得到了关键工况参数对圆周密封性能作用规律。结果表明:流场压力沿z轴负向降低,压力降梯度与密封带宽度负相关;封严气体出现不规则涡旋运动,流速沿径向降低。温度场分布较均匀,最高温度位于搭接头处。结构场分析发现最大变形和最大应力位于凸搭接头处。热流固耦合下密封环最大变形量比流固耦合下增大161%,比热结构耦合下减小09%,温度场对变形显著影响。最大应力移至密封带与搭接头过渡处,比流固耦合下增大83%,比热结构耦合下增大23%,流场与温度场对密封环应力影响较大。温差变化对变形量起主要作用。压差变化对最大应力起主要作用,对泄漏量具有决定性作用。     

陀螺仪气室中碱金属原子数密度的检测

碱金属原子作为原子陀螺仪原子源的组成部分，其数密度是计算原子陀螺仪工作指标的重要参数。基于碱金属原子对不同激光失谐的吸收程度不同，提出了一种通过拟合碱金属原子吸收光谱得到碱金属原子数密度的测量方案。不同于以往的吸收测量法，该方案针对实际实验温度和气体压强等条件，对吸收谱拟合式进行了修正，从而提高了测量结果的准确度。测量结果与理论计算结果相吻合，两者偏差仅1.2倍左右，并可进一步应用于校准气室内碱金属蒸气的实际温度值。