高速飞行器强度试验中多变量温度控制问题

在高速飞行器热强度试验中,需对其结构进行多点加载和多域加热。通过试件形成各加载点间、各温区间及热载之间复杂的耦合效应。为获得较高的控载及控温精度,必须对载荷及温度进行多变量控制。本文针对其中的温度多变量控制问题,作了比较详细的论述,并对多变量控温系统的原理、数学模型、解耦分析、直接数字解耦及计算机解耦控温流程图等进行了全面的分析研究。     

一种风机叶片静力加载自适应控制方法及实现

静力加载试验是考核风机叶片静强度特性的重要手段。兆瓦级风机叶片的静力加载试验多采用多点同步逐级加载拉力的方法实现。在风机叶片的多点同步逐级加载过程中,本文设计了基于比例积分模型的自适应控制方法,该方法通过实时调整电机的转速和方向实时改变载荷拉力的变化率,不用考虑加载过程中叶片多个加载点之间的力耦合情况,实现每个加载点的载荷拉力同步、匀速稳定变化,同时保证每个加载点的加载过程相互独立,具有一定的通用性。通过对某兆瓦级风机叶片进行静力加载试验,测试结果表明,本文方法正确有效。     

自动协调加载设备簡介

一、前言自动协调加载设备是一种数字式多点载荷控制设备。在靜态应力分析试验中,可以对五个加载点同时进行控制,以满足试验对载荷的要求。与数字应变计配用,可构成一个靜态应力分析试验系统,以满足各种复杂结构的靜态应力分析试验。航空事业的发展,对强度试验提出了更高的要求。要求试验条件尽量与被试验物的实     

带有连接结构的导弹动特性试验研究方法

导弹的头体连接对导弹的整体结构动力学特性会产生很大的影响,这种结构会呈现较强的非线性特征,其动特性参数会随着外界载荷和振动量级的变化而变化,而该参数又是飞行稳定控制系统设计的重要依据。因此,为了考察和评定带有间隙结构的导弹动特性参数随载荷和振动量级变化的情况,本文阐述了一种不同于以往导弹全弹结构动特性试验的新的试验思路-加载试验方法和变量级试验方法,针对一个具体的导弹型号,给出了典型载荷的加载实现方式,最后还给出了试验结果并对结果进行了原理性的解释。通过本文的研究表明,本文提出的试验方法在今后的导弹型号研制当中是十分必要和可行的。该方法也可推广到其他类似的民用结构的应用当中。     

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。     

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。     

基于非复位多元加载系统的天平体轴系静校方法研究

介绍了一种通过测量加载头位移并进行载荷轴系转换的方式获得天平体轴系校准公式的非复位式多元静校系统。基于加载方式建立了载荷地/体轴系转换方法;优化了加载头结构以保证其上所有加载点都位于加载头的纵、横向中心对称线上,从而避免了附加力矩的产生;分析了位移测量方式引入误差的原因并给出了抑制误差的方法。比较采用此静校方法获得的天平公式与采用复位式多元加载静校系统获得的天平公式处理同一次吹风数据的结果表明,本文所述的静校方法所校天平有较为理想的综合加载重复性和综合加载精度。     

大变形条件下机翼法向载荷的随动加载技术

在静强度试验中大展弦比机翼的变形量会随加载级数的增加而增大,机翼法向载荷方向也会随之发生变化。为提高机翼在大变形条件下法向载荷加载的准确性,本文以机翼为研究对象,考虑其非线性变形的特点,提出了一种随动加载技术,即随着机翼的变形,作用在机翼上的法向载荷作动筒的方向也随之调整变化,保证机翼所受载荷始终沿法向,同时设计了验证试验进行验证。试验结果表明,该随动加载技术可用于大变形机翼法向载荷加载,为机翼静强度试验加载提供了一种新的方法。     

超音速射流气膜冷却效果的试验研究

以二维平板模型高速导弹头罩上的探测窗口,用电加温产生的热气流模拟导弹飞行时的气动加热,对采用气膜邓控制导弹探测窗口温度的效果及规律进行了研究。着重探讨了气膜冷却临界长度ＬＣ与气膜冷却有效度η随射流缝高Ｓ,喷射率λ及主射流夹角α等参数的变化规律,并总结出一个相关参数及一些经验公式。研究结果与国外有关文献基本一致。     

导弹产品湿热载荷统计分析与载荷谱设计

分析了某贮存地导弹产品温度、湿度载荷的统计规律、相关性和联合分布,研究了二维载荷谱的编制方法,获得贮存库的湿热载荷密度函数。考虑到产品贮存的多地性,采用权重系数法,计算获得产品多贮存条件下的联合概率密度函数。运用概率密度法,编制8×8二维环境载荷谱,给出了产品自然贮存环境载荷剖面,为导弹加速贮存试验和贮存期评估奠定基础。     

辐射加热方法在结构热试验中的作用与地位

高超声速飞行器经受着严酷的气动加热环境,为验证飞行器整体设计、考核热结构耐热性能,需要开展大量的结构热试验研究,如辐射加热、气流加热方法等。其中辐射加热方法具有加热时间长、加热能力强、多温区控制等特点,是有效的结构全尺寸热试验方法;气流加热方法受试验空间、加热时间等限制,在特定问题上发挥着重要作用。给出了高超声速飞行器防热区和高温区的热结构设计理念,总结了国外结构热试验方法的发展和应用,指出用辐射加热模拟气动热环境仍将是新型飞行器热结构优化设计和性能考核的重要手段。     

轴向压缩载荷对结构振动的影响

结构稳定性和结构振动这两种不同性质的物理问题同时存在于导弹弹体结构上。本文采用扁壳大挠度理论,分析计算了在分支型和极值型两种失稳情况下,轴向载荷对结构自振频率的影响。结果表明:轴向载荷有降低结构自振频率的作用;在加载过程中,对应于基频的模态可能发生转变;当载荷接近于结构的临界载荷时,自振频率急速下降。     

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分（Proportional integral derivative,PID）控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。     

多变量输出反馈次优调节器给定闭环极点域的配置方法

本文把前馈解耦控制与最优控制结合起来,采用多项式矩阵谱因式分解的方法,较好地解决了多变量次优调节器给定闭环极点域的配置间题。利用本文提出的设计方法,可以方便地求出次优输出反馈控制矩阵,以满足预先规定的多变量调节器的相对稳定性要求。     

热振联合试验控制技术研究

在热振联合试验中,温度和振动的控制和测量是最主要的技术难点。讨论了采用热流作为加热控制方式,采用红外点温仪作为温度测量手段的可行性;同时提出采用多普勒激光测振技术控制和测量热环境下的振动参数。通过试验验证和结果分析得出,在热振联合试验中采用多普勒激光测振仪是可行的。     

热力耦合试验中加载杆的改进设计

热力耦合试验中,加载杆在靠近加热元件的地方受到较强的辐射,在热流上升阶段容易使加载杆的温度迅速上升,强度迅速下降,导致试验失败。对此试验现象进行了数值模拟,对加载杆进行改进设计,通过添加热防护部件而解决此类问题,并利用数值模拟方法验证了此方法可行性。     

直升机复合材料尾桨叶疲劳试验研究

本文采用单点疲劳试验加载方法实现直升机复合材料尾桨叶疲劳试验挥舞、摆振、扭转方向的交变载荷协调加载，与以往多点、多向桨叶疲劳试验加载方法相比，试验设备简单，调试方便，可以达到较高的精度。复合材料桨叶在生产过程中常常在其内部带有气泡等缺陷，使得桨叶生产报废率偏高。本文主要研究这些缺陷对复合材料桨叶疲劳寿命的影响。疲劳试验结果表明，存在一定气泡缺陷的复合材料桨叶仍能满足规定的疲劳寿命。     

俄罗斯的典型温度强度试验大厅

莫斯科中央机械研究院是俄罗斯航天领域的最主要试验单位之一,负责导弹航天产品的综合研制试验。它在热试验领域尤其具有较强的试验能力,既可以利用风洞、高频等离子加速器、电弧装置、热试验台进行产品的热交换、热防护、耐热、热状态和气动热试验等各种热试验,也可利用专门的温度强度大厅进行热静力试验和低温-静力试验。     

复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题，研制了一种可满足370℃，1.34MPa的机匣热内压试验技术，并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构，能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力，避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈，可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析，三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证，所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用，突破了密封材料的适用温度局限，可以满足机匣件热内压试验密封要求。     

天线罩地面热试验—模拟气动加热的公式控法

导弹以超音速飞行时,结构外表面的温度可达几百度,因此在正式飞行前,一定要做模拟飞行时表面温度的地面热试验。这种试验可以采用三种方法来进行。一是温度控,即是用飞行时结构表面的真实温度T_1曲线作为地面热试验的控制参数。二是热流控,即是用飞行时结构表面所接受的热流q曲线作为地面热试验的控制参数。三是公式控,即是用飞行时结构表面处的绝热壁温T_(AW)曲线和对流换热系数α曲线作为地面热试验的控制参数(T_1、q、T_(AW)和α通过外热源计算可以得到)。温度控简单、方便、容易实现,对物性参数稳定、受热后不分层的材料适用。热流控对物性参数稳定、具有烧蚀性的材料适用。公式控对物性参数不稳定、受热后易分层的材料适用。但此方法调试复杂、不易实现。天线罩的材料是玻璃钢,它的物性参数是温度的函数、不稳定、受热时易分层,采用公式控进行地面热试验较合适,从而使试验成功。