空间站梦天实验舱整器动力学分析和试验研究

空间站研制过程中，获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义，整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目。针对空间站梦天实验舱整器动力学问题，通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型，分析接触状态下刚度随外力的变化关系，分别计算拉压特性下的刚度量级，并采用子结构综合方法，依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性。结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧，结合子结构综合预示方法，梦天整器动力学特性的预示具有较高精度。通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示，只需进行舱段级模态试验，节省了研制经费、缩短了研制周期，可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导。     

径向密封设计及预紧力分析

主要描述了航天器结构设计中所采用的三种径向密封结构形式以及密封力的计算方法。在密封容器内压作用下,控制密封法兰两螺栓间的挠度变形,使两螺栓间法兰的间隙不大于0.1～0.2mm,从而达到满意的密封效果。同时,在密封实施过程中通过控制连接螺栓的拧紧力矩来确保密封法兰间的压紧力,通过紧固件的防松处理,提高法兰连接的可靠性。     

弯曲载荷作用下舱段连接螺栓组载荷数值研究

鉴于工程计算方法对舱段间连接螺栓组在弯曲载荷作用下的受力问题较低的计算精度,采用有限元仿真方法研究了连接螺栓组的弯矩载荷和轴拉载荷的大小和分布规律,并进一步分析了舱段连接螺栓预紧力、螺栓数量、螺栓直径、螺栓分布圆直径及舱段法兰厚度对舱段连接螺栓组载荷的影响。结果表明,在舱段弯曲载荷作用下,螺栓的最大轴拉载荷是工程理论计算结果的1.45～2.53倍;在线弹性范围内,同时考虑螺栓轴拉载荷和弯矩载荷的最大等效轴拉载荷是工程理论计算结果的2.43～7.06倍;螺栓的弯矩载荷,显著增大了螺栓的最大应力;螺栓的最大轴拉载荷随着螺栓数量的减少、螺栓分布圆直径的减小而显著增大,其中螺栓直径大小、法兰厚度的影响较小;螺栓的最大弯矩载荷随着螺栓数量的减少、螺栓直径的增大、螺栓分布圆直径的减小、法兰厚度的减小而显著增大。     

航天器上使用的高压静密封

阐述了静密封的基本机理和设计准则,介绍了各种泄漏检测装置(如质谱仪、卤素泄漏检测器和流量计等)的用途和使用方法,并将它们进行了比较.给出了目前使用的压力作用式金属密封件、弹簧作用式塑料密封件和径向金属密封件等高压静密封件的构型、基体材料和所能承受的压力.提出了今后的静密封件必须能在温度-253—2200℃、压力55MPa条件下工作的要求.     

带凹槽结构的涡轮泵平衡活塞工作特性分析

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性研究问题,建立了带不同凹槽结构的平衡活塞后泄漏流道数值仿真模型,并根据仿真结果对平衡活塞后泄漏流道内的...     

弯曲载荷作用下固体火箭发动机裙端连接螺孔受力分析

利用细长梁弯曲平面理论,推导了弯曲载荷作用下固体火箭发动机受拉侧拉力总和的计算公式.在此基础上,根据单个螺栓连接结构拉伸试验数据和法兰上各连接点之间的变形谐调关系,推导了给定弯曲载荷下单点拉力计算公式.根据该方法可计算非均匀分布情况下单个螺栓连接点的受力.算例对公式的正确性进行了间接验证.     

基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究

横向振动是引起螺栓连接结构松动的重要原因。利用Hypermesh软件进行参数化建模,在建立带有螺纹升角的螺栓连接结构六面体网格精确有限元模型基础上,基于ABAQUS显式动态分析模块,通过接近实际工况的转角法拧紧螺栓,并施加横向正弦位移载荷,对横向振动下的螺纹连接结构松动情况进行多阶段、全过程有限元仿真分析,并设计了螺栓松动试验台进行螺栓松动实验,验证仿真方法的准确性。主要研究了横向振动前期螺栓扭转变形对螺栓松动情况的影响。结果表明,横向振动时的完全滑移先发生于支撑面处;在螺栓扭转变形完全回弹之前,预紧力的下降主要是塑性变形引起的,螺纹啮合处相对滑动不明显,此后,预紧力的下降主要是螺母回转引起的,螺纹处产生明显相对滑动,并提取了螺栓扭转变形回弹为0的节点。通过仿真和实验相结合的方法使分析结果更为准确。     

包带锁紧结构的预紧力确定

包带锁紧结构用于卫星上高压气瓶的安装固定,通过对包带施加预紧力矩而抱紧气瓶.气瓶在使用中伴随有较大压力变化而产生膨胀和收缩变形.为适应气瓶的变形并且保持安装的刚度要求,包带在不同气瓶压力下需施加不同的预紧力.为获得合适的包带预紧力,文章提出了确定包带预紧力的试验方法,并根据试验数据分析确定了不同压力状态下的包带预紧力,满足了气瓶在卫星不同阶段的使用要求.     

基于润滑的楔形螺纹紧固件扭拉性能试验研究

楔形螺纹连接结构固有的螺栓齿顶与楔形螺纹斜面线接触模式,存在无润滑状态下线面接触磨损大等现象。为有效提升反复使用工况下楔形螺纹结构连接的可靠性,开展螺栓表面涂润滑脂、螺母表面涂MoS2、螺栓表面仅螺纹涂MoS2与螺栓表面整体涂MoS2等4种润滑方式下的扭拉性能试验,对不同润滑条件下的扭拉系数、预紧力和螺纹磨损等进行试验研究。试验结果可有效提升楔形螺纹连接结构的可靠性和连接质量。     

固体火箭发动机中的螺栓连接问题

对固体火箭发动机中有关螺栓连接的几个问题进行了讨论，给出了 紧力矩与螺栓所受应力的关系，螺栓拧断力预紧力矩的确定等。     

螺栓轴向紧固力的超声测量

叙述了超声波与螺栓应力之间的理论关系及基实验证明。以此为基础制成的仪器可直接测出螺栓的轴向紧固力。在大量采用螺给作为紧固件的航天领域，该项技术可保障各类火箭及其他构件的工作可靠性。     

润滑因素对螺栓连接预紧力的影响

针对润滑因素对螺纹连接预紧力影响状况的实际需求,进行了30CrMnSiA高强结构钢螺栓与TA15钛合金基体之间在多种润滑条件下螺纹连接预紧力变化的分析和试验,为TA15钛合金螺纹连接构件在润滑条件下的设计、使用提供参考.     

微重力条件下摩擦副摩擦学特性数值模拟研究

与一般机械设备中的摩擦副不同,航天器摩擦副往往处于微重力下的独特工作环境.现对航天器摩擦副进行微重力条件下的摩擦学理论分析,建立了一个二维模型并求解了雷诺方程,以研究微重力状态对摩擦副摩擦学特性的影响.研究结果显示,由于微重力的影响,摩擦副的油膜压力分布有较大幅度的变化,并严重影响了油膜承载能力.     

化学非平衡效应对返回舱再入气动力特性的影响

高空高马赫数条件下,化学非平衡效应将对飞行器气动特性产生影响,影响飞行器气动布局优化和飞行弹道设计。文章通过三维化学非平衡流动求解程序,针对再入返回器开展数值研究与机理分析,通过对比完全气体模型和化学非平衡气体模型获得的气动力参数,揭示化学非平衡效应对流场结构和气动力特性的影响和规律。结果表明,对Apollo的气动力计算结果验证了模型和计算方法;化学非平衡效应影响下,激波层内化学反应消耗大量能量,致使激波脱体距离减小,气体压缩性增强;典型状态高度为70 km,Ma=30条件下,化学非平衡效应导致返回器升力系数增大约6%、阻力系数增大约1.3%～3.3%、升阻比增大3%左右、俯仰力矩系数增大,从而使配平攻角减小约2.5＆#176;;通过机理分析,发现化学非平衡效应影响下表面压力系数发生变化的原因是飞行器周围激波形状及驻点压力改变,表现为气体沿流线经激波层、压缩区和膨胀区的历程变化;对于钝体形状的返回器,迎风面前体压力系数增加和后体压力系数降低,造成轴向力和法向力系数增大。     

高压管路透镜垫连接件结构分析

透镜垫联接件作为高压气体管路的重要零件之一,其密封性能关系到气体增压系统能否安全可靠地工作。本文通过连接结构力学分析,对透镜垫结构进行了密封计算并校核了螺栓强度;同时,采用接触非线性有限元方法进行了数值分析,得出了在不同拧紧力矩下的接触面上等效应力和变形分布情况,以及拧紧力矩和密封宽度、密封面积的对应关系。理论分析和数...     

液体火箭发动机金属软管网套承载特性研究

为了研究液体火箭发动机柔性金属软管编织网套的增强机理,开展了网套拉伸试验,并基于APDL建立了网套建模及非线性有限元分析参数化程序,数值计算与试验结果一致性较好。研究了承压状态下编织网套对金属软管的增强机理及相互作用模式,建立起网套径向位移与周向应力、等效压力以及摩擦阻力的耦合关系,给出了基于有限元解定量评估网套增强能力及校核网套强度的理论分析方法。研究表明,在金属软管承压10 MPa时,网套可分担约20%的内压载荷,网套处于弹性变形状态,铠装环与网套接触摩擦引起的附加轴向力超过50 kN。     

膨胀循环液体火箭发动机推力调节阀仿真研究

根据某膨胀循环液体火箭发动机推力调节阀的结构及工作原理,通过理论分析建立了推力调节阀的数学模型,并利用AMEsim软件构建了推力调节阀的仿真计算模型,对其进行了仿真计算.计算了发动机额定工况、高工况和低工况参数下推力调节阀内部各压力及流量参数,并对推力室室压、调节阀出口压力和氢主文氏管入口压力变化引起的调节阀主阀流量变化趋势进行了计算分析,得到了调节阀内部各压力参数及流量的变化规律.     

微重力条件下摩擦副摩擦学特性数值模拟研究

与一般机械设备中的摩擦副不同，航天器摩擦副往往处于微重力下的独特工作环境。现对航天器摩擦副进行微重力条件下的摩擦学理论分析，建立了一个二维模型并求解了雷诺方程，以研究微重力状态对摩擦副摩擦学特性的影响。研究结果显示，由于微重力的影响，摩擦副的油膜压力分布有较大幅度的变化，并严重影响了油膜承载能力。     

真空容器大门法兰结构设计及优化

真空容器大门法兰是空间环境模拟器容器系统实现真空密封的关键件。根据功能要求和结构特点,文章分析了真空容器大门法兰的应力状态和强度设计方法。在此基础上,建立了大门法兰优化设计模型,应用有限元法对不同结构模型进行分析和评估,确定了大门法兰的改进设计方案。工程实践表明,通过对大门法兰进行优化设计,提高了结构设计质量,使大型空间环境模拟器容器更为合理、可靠和经济。     

润滑对钛合金螺栓拧紧力矩的影响

阐述了不同润滑状态对钛合金螺栓拧紧力矩的影响,应用拧紧力矩法控制螺栓预紧力,当量拧紧力矩系数K是重要的影响因素;通过试验,测试出钛合金螺栓表面蓝色阳极氧化和表面强化后涂覆MoS2固体膜润滑剂两种状态的扭—拉关系曲线(即M-F曲线),进而确定两种表面润滑状态的当量拧紧力矩系数K值的差别。