采用纵横扭一体化建模技术分析火箭牵制释放过程动响应

分析火箭在释放过程中的动响应是将牵制释放技术运用到我国大推力火箭中的关键技术之一。采用纵横扭一体化梁模型分析火箭牵制释放动响应,将发射台对火箭的影响简化成相应的载荷和边界条件,采用分段计算的方法,把发射过程分成点火前的静止、点火后的牵制以及释放三阶段,计算了每个牵制点的牵制力变化规律,以及释放过程箭体上不同部位的动响应特点,并建立了相应的三维模型,进行对比论证。结果表明：纵横扭一体化梁模型在分析整体响应特性时模型简单,精度较高,可用于设计前期的初步分析。     

基频降低对火箭点火起飞动响应的影响分析

为了分析有效载荷基频降低对火箭发射时箭体的动响应的影响规律,将不同的有效载荷基频引入到运载火箭纵向有限元模型中,通过改变有效载荷基频,计算箭体在发射阶段受到冲击载荷时的瞬态动力学响应,并找出有效载荷以及星箭界面处随发动机推力变化的加速度、单元力等响应时程的变化规律.结果表明：有效载荷基频降低对发射时箭体的动响应有一定影响,有效载荷位置的加速度响应受到的影响较为明显,有一定程度地增加,其对星箭界面处载荷的影响则较小.     

动态子结构方法在全箭动特性分析中的应用研究

液体推进剂质量对运载火箭全箭动力学特性有重要影响,其动力学建模是全箭动力学建模的难点和重点。结合航天工程实际,提出了采用虚质量法和动态子结构方法相结合的液体推进剂建模方法,减缩了计算模型自由度,提高了计算效率,实现了全箭动力学特性分析。最后,以某液体运载火箭为例,分析了不同液体推进剂建模方法对全箭动特性计算结果的影响。     

运载火箭振型斜率测量系统研制

结构动力学分析是运载火箭研制必不可少的环节,动力学分析的基础是建立一个准确的数学分析模型,这个数学模型需要通过一些试验测量获取的动特性参数来充分验证。运载火箭的振型斜率是运载火箭稳定控制系统设计的重要参数,该参数受舱段结构局部变形影响较大,无法通过数学仿真计算得到。因此,新型运载火箭必须进行全箭模态试验以获取振型斜率参数。通过全箭模态试验,完成了通过速率陀螺+加速度计直接测量的方式获取箭体结构振型斜率值。同时,根据不同频率下的模态试验,给出了速率陀螺标度因数在不同频率下的修正因子。试验结果表明,本测量方法有效提高了振型斜率的测量精度。     

航空发动机外部管路的结构与动力学特征参数分析

针对航空发动机外部管路系统的动力学设计需求,采用理论计算与试验测试相结合的方法研究管路系统的关键设计参数及影响规律。研究结果表明:外径、跨度和弯曲角度是影响导管振动特性的主要结构与装配参数,随外径增大,导管基频提高;随跨度增大,基频降低;随弯曲角度增大,基频提高。而弯曲半径、壁厚和安装横向偏移对固有特性的影响很小,可不予考虑。导管充液后,各阶模态频率会略有降低,液体密度越大,影响越大;而流体压力和速度对模态特性影响很小,可不予考虑。     

基于变厚度壳单元的旋转叶片固有特性分析

针对1个扭型、变截面旋转叶片,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度壳单元来模拟真实叶片的方法建模,并与实体单元模型对静频和固有振型进行对比,验证了该建模方法的准确性;在此基础上分析了科氏力、旋转软化、离心刚化以及三者耦合对叶片动频特性的影响规律;基于壳单元动频数据,对现在常用的动频系数经验公式的适用性进行了简单评价。研究结果表明：2种模型的动频规律一致,对系统影响由大到小依次为离心刚化、旋转软化和科氏力;叶片A0振型的动频系数吻合较好,A1振型的反之     

滚转和锥进运动对弹箭动导数求解的影响

现有的弹箭动稳定性导数计算通常忽略了耦合运动效应的影响,而弹箭在实际飞行中,通常同时存在俯仰、滚转以及锥进运动。为此,本文提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,该方法利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区,从而模拟弹箭俯仰滚转锥进相耦合的三自由度耦合角运动,在此基础上,通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了滚转频率和锥进频率对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:本文提出的复杂角运动模拟方法,可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;在耦合角运动状态下,弹箭气动力系数迟滞环发生明显的振荡和偏移,俯仰组合动导数和升力系数动导数均随滚转频率和锥进频率增加而显著变化,且变化规律具有非线性特性。     

带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性

建立了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子动力学模型,利用非线性微分方程多周期解求解方法,对不同系统参数组合下的动力学方程进行求解,研究了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性的影响规律,比较了带与不带挤压油膜阻尼器系统稳定周期解的动力学特性.通过频谱分析得出:忽略挤压油膜阻尼器时双稳态区主要为基频振动,考虑挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子在双稳态区除了基频振动外,还有倍频的出现.      

风力机叶片旋转平面内弯曲对动力学响应的影响

采用变分渐近梁截面分析方法(VABS)精确计算旋转平面内弯曲的复合材料叶片截面特性,耦合空间一维Euler-Bernoulli梁模型,分析了不同弯曲幅度对考虑弯扭耦合特性的风力机叶片动力学性能的影响。并采用非定常叶素动量理论,考虑动态入流和动态失速模型求解叶片的气动载荷,分析了叶片前掠和后掠在相同控制策略时各风速下对气动功率的影响,以及在极端阵风条件下的气动弹性响应情况。结果表明叶片弯曲对截面特性和前几阶的固有频率的影响较小,但在扭转方向具有较大影响。同时在相同控制策略下,叶片后掠会使风力机的功率降低,但能有效降低极端阵风下的载荷波动。     

桨叶分段线性扭转对旋翼性能的提升

为研究桨叶沿展向不同位置的负扭转对直升机旋翼性能的影响,以各向异性复合材料中等变形梁模型为基础建立旋翼性能计算模型,实现在不同速度前飞时直升机旋翼需用功率的预测。理论预测与试飞数据对比一致,验证了本文分析模型的有效性。以UH-60直升机为样例,按翼型将桨叶沿展向分为内、中、外3段,从迎角和升阻比分布入手研究各段负扭对旋翼需用功率的影响效果和机理。整体上,直升机前飞速度越高,桨叶负扭的影响越明显。其中,内段负扭对旋翼性能有负面影响,但影响较小;中段负扭对桨盘上气流环境的改善起决定性作用,高速前飞时可使旋翼需用功率降低10%以上;外段负扭有利于降低需用功率,作用效果一般。通过遍历法得到了一组分段线性桨叶扭转方案,在各飞行状态时都优于线性负扭方案。     

捆绑火箭超静定连接结构参数化建模与优化

与普通捆绑火箭相比,采用超静定捆绑连接结构的火箭质量会偏大,且其动特性和连杆所受载荷都会有较大变化。建立火箭有限元梁模型时,利用CBEAM单元和CROD单元之间自由度的不匹配关系模拟连杆端点处的铰接效果。利用PCL语言建立捆绑火箭的参数化模型,并结合遗传算法,以连杆总质量最轻为目标,对火箭超静定连接结构进行了优化设计。优化模型连接结构总质量明显减少,同时火箭动特性不发生明显变化,连杆内力得到一定程度改善,为火箭连接结构设计能够提供一定参考。     

变截面旋转裂纹梁横向振动特性的研究

对损伤结构进行动力特性分析是进行无损检测的重要基础,而对于旋转梁结构的裂纹损伤动力特性研究,却鲜有文献涉及。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,对其横向振动特性进行研究,提出一种求解变截面旋转裂纹梁横向振动特性的新方法。首先利用扭转弹簧模拟裂纹效应,建立含裂纹梁局部柔度模型,然后采用Frobenius方法求解振动方程,得到方程的级数解析解,并研究裂纹位置和深度对振动频率的影响,分析不同损伤程度、不同转速工况下梁的前两阶固有频率变化情况。结果表明:本文方法是有效的,转速和损伤程度的变化并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用机理,对于变截面梁同样成立。     

转子陀螺效应对翼吊发动机机翼弯扭颤振特性影响研究

针对现代翼吊式机翼发动机系统的特点,考虑发动机陀螺效应对系统结构动力学特性的影响,建立了基于梁振动理论的机翼弯扭颤振方程;分析了陀螺效应对系统颤振特性的影响规律。结果表明:不考虑发动机吊挂刚度影响时,陀螺效应不影响系统弯扭颤振发生机理,系统颤振速度和颤振频率随着发动机转速的提高而增大;转子陀螺效应对机翼弯扭颤振特性的影响可等效为系统阻尼,且该等效阻尼亦随着发动机转速的提高而增大。     

主要参数对面齿轮传动噪声辐射的影响分析

为研究面齿轮传动力学特性及噪声辐射,通过建立面齿轮传动的弯扭耦合动力学模型,在分析轴承支承处动载荷的基础上,结合有限元法和边界元法,形成了面齿轮传动的噪声辐射计算流程.此外,利用该计算流程,开展了算例分析,讨论了单一几何参数和工况对面齿轮传动噪声辐射的影响规律.仿真结果表明:模数和传动比对改善面齿轮传动噪声辐射有益,压力角对其噪声辐射影响不明显.研究结果为低噪声面齿轮传动的设计奠定了必要的理论基础.      

自燃推进剂火箭发动机燃烧不稳定性研究

发展了自燃推进剂（ＭＭＨ／ＮＴＯ）火箭发动机燃烧不稳定性的综合分析模型。以蒸发作为燃烧速率控制过程,研究了燃烧不稳定性的机理,提出了轴向声腔模型并对其抑制不稳定燃烧的特性进行了数值模拟研究,得到了声槽特性频率驿燃烧不稳定性的影响规律,描绘出声腔影响燃烧不稳定性的具体场景,数值模拟结果与理论分析及试车结果是相符的,对轴向声槽的分析设计将具有广泛的指导意义。     

微型扑翼仿生“0”字和“8”字型扑动方式气动特性研究

微型扑翼飞行器的气动特性由扑翼的运动规律所决定,为了研究复杂翼梢轨迹对扑翼气动特性的影响,通过对上下扑动、弦向扭转和前后掠动三个自由度的运动设计不同的参数,运用数值模拟方法研究微型扑翼采用仿生"0"字形和"8"字形运动时的气动特性.结果表明:相比于传统的扑动运动,增加了扫掠运动的"0"字形和"8"字形扑动可有效增加升力,特别是"8"字形扑动的增升效果更加显著,但同时也会造成阻力略增,可以通过调整扭转角度来增加推力.本文的研究结果可为复杂运动规律下微型扑翼飞行器设计提供参考.     

侧向随动力作用下大展弦比柔性机翼的稳定性

 随动力能够诱发弹性结构发生颤振失稳。以侧向随动力和集中质量分别模拟发动机推力和外挂质量,考虑机翼垂直弯曲-扭转刚度比、集中质量大小、侧向随动力和集中质量的位置以及机翼后掠角和上反角的影响,研究了受侧向随动力作用的大展弦比柔性机翼的气动弹性稳定性。数值模拟所采用的大展弦比柔性机翼非线性气动弹性模型耦合了几何精确完全本征运动梁模型和ONERA动失速非定常气动力模型,该模型考虑了几何非线性、动失速和材料各向异性。模拟结果表明,侧向随动力对机翼颤振可以具有稳定作用,其具体表现依赖于若干变参数的影响,如：减小机翼垂直弯曲-扭转刚度比;发动机吊舱靠近翼根布置;使发动机推力作用点在法向上与机翼弹性轴靠近;单纯的集中质量避免布置在柔性机翼中部,且布置在机翼弹性轴之前或下方,这些设计或布置均有利于提高带发动机吊舱/有效载荷外挂的柔性机翼的气动弹性稳定性。     

复合材料闭剖面加筋薄壁梁刚度系数计算分析

复合材料的可设计性为通过弹性剪裁来获得想要的变形模式带来了优势,其结构的耦合特性如拉扭耦合和弯扭耦合可以利用复合材料的各向异性来实现。以薄壁壳结构力学理论为基础,采用多种理论方法研究分析正交各向异性壳体本构关系,给出适合复合材料层压板矩形闭剖面薄壁梁截面的刚度系数解析表达;采用逐阶近似方法,完整设计复杂闭剖面的刚度系数数值算法;针对两种典型的复合材料铺层的矩形闭剖面梁截面布局构型,进行刚度特性的计算分析与讨论,获得铺层角度对复合材料薄壁梁弯曲、扭转及弯扭耦合刚度特性的定量结果。对分析设计闭剖面薄壁结构刚度条件具有应用价值。     

涨圈密封挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示:两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。      

龙卷风风场特性的CFD数值模拟

基于计算流体动力学方法建立了龙卷风发生装置的数值计算模型,对具有单涡结构的龙卷风风场特性进行了研究.分析了切向风速沿径向和高度的分布规律,并将切向速度沿径向的分布与Rankin涡模型和参数化气旋模型理论公式进行对比,验证龙卷风风场数值模拟结果的合理性.进一步研究了入口风速和入口角度改变对龙卷风风场特性的影响,并给出了各个数值计算模型近地面核心半径、最大切向风速和涡流比,进而可以获得不同尺度和不同强度的龙卷风风场.该方法为龙卷风风场模拟提供了新的研究途径,并可应用于建筑物的抗龙卷风设计研究.