民用飞机设备和管线路设计优化工具的研究

为了解决飞机研发过程中,管线路及设备设计自动化程度低的问题。基于CATIA V5进行二次开发,使用API接口和VB语言实现相关工具的搭建,并主要在以下几个方面开展研究：一是在飞机初步设计阶段进行设备的快速布置;二是基于电气设备及周围零部件的空间布置,进行单一DMU管线路通道拓扑,通过EWIS隔离代码定义,规划线束通道的类型,自动分析通道之间的物理隔离距离,并依据EWIS隔离要求规范与自动分析的物理隔离距离进行分析,从而输出全机管线路通道之间的间隙检查结果及分析报告,为后续的通道拓扑优化提供相应的接口及设计规范;三是进行主通道及分支通道拓扑,通过定义通道的直径、通道内布置线缆的规格及不同形式布线的概率,开发工具自动计算EWIS线缆的总长度,并由公式快速计算出该线缆敷设方案的重量,供全机设计时参考。     

带侵蚀效应的三维双燃速装药固体火箭发动机点火过程

针对三维双燃速装药固体火箭发动机,采用商用CFD计算软件的用户自定义方程对点火瞬态过程中的侵蚀燃速、燃面温度、质量源项、动量源项、能量源项及点火器入口等进行了二次开发,并进行了考虑侵蚀效应的点火瞬态过程流场仿真计算,与地面点火试验内弹道数据进行了对比分析。结果表明:点火初期发动机头部的气流流动十分复杂,且头部压强随时间变化十分剧烈;堵盖打开会造成头部升压梯度振荡,并产生负升压梯度;仿真与试验结果符合较好,说明采用一维非定常固相传热方程计算三维燃面温度可以满足当前工程要求,计算方法正确有效。      

冲压发动机进气道楔形前缘体热应力分析

为研究拉压不同模量(以下简称双模量)冲压发动机进气道前缘体的热应力状态,在Ansys基础上,利用二次开发,得到了可分析具有双模量属性材料应力的模块。以ZrB2-SiC为材料的发动机前缘构件的ZrB2部分为研究对象,以来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.85MPa为条件,经流场及热传导计算得到前缘体内部不均匀温度场。实验测得ZrB2材料在不同温度下的拉、压模量,其压缩模量为拉伸模量的两倍,将拉、压弹性模量以及计算的温度场导入到所开发的模块中进行热应力分析,得到此前缘体ZrB2部分的热应力分布状态。将此结果与不考虑双模量情况下进行流-固-热耦合分析得到的热应力分布曲线进行对比。结果表明,不考虑ZrB2材料的双模量属性的结果最大误差高达300%,严重超出了工程上的要求精度。对比结果说明了不同模量理论的重要性,同时证明了所开发的不同模量应力分析模块的工程实用价值。     

基于APDL的ABS材料FDM-3D打印温度场有限元分析

通过编写APDL命令流,结合ANSYS系统中的"单元生死"技术,动态模拟并仿真了ABS材料在打印过程中温度场的分布,经分析后可以明显看出在不同时刻整体温度场的分布情况,确定温度变化波动范围,温差较大的位置,并结合温度场的云图分析结果确定应力分布不平稳位置,明确Z向不能作为精基准平面。     

捕获外挂分离轨迹的显示技术

介绍了采用VB进行Solid Works二次开发的原理和方法，阐述了基于对象链接嵌入技术OLE，通过控制和访问Solid Works中的对象来完成CTS试验模型轨迹的显示。     

整体壁板损伤容限特性与修理技术研究

用有限元和断裂力学方法分析大型飞机机身整体壁板的破损安全特性。以一个十四桁条的铝合金整体加筋板为例,计算了裂纹从中部蒙皮向两侧均匀扩展并跨过筋条的应力强度因子,并和相同构型的铆接壁板进行了结构对比。应用ANSYS对整体壁板及损伤后双面修补壁板进行有限元分析。研究不同厚度补片对损伤壁板、修补长桁、内外补片受力的影响。选取典型位置研究局部刚度加大对整体壁板传力特性的影响。     

航空发动机涡轮盘固有模态分析

在动力分析中固有模态是非常重要的。固有模态分析的结果是多种动态行为的判据,也是进一步进行结构动力学分析的基础数据：应用ANSYS和振动实验两种方法,并以航空发动机的某级涡轮盘和损伤模型为例,进行涡轮盘约束情况下的固有模态计算,给出了两种方法的前3阶固有频率和振型。在对其进行分析后,得出ANSYS方法算出的结果与振动实验得出的结果基本相同,提出用ANSYS的结果代替振动实验结果,用以进行航空发动机零部件的仿真、损伤检测和优化设计等,解决工程中遇到的实际问题。     

面向小型自主航天器的锥-杆式对接机构锥面构型设计

对接锥是对接机构的重要组成部分,在碰撞过程中首先与主动对接机构相接触.比较小的锥角会造成系统在碰撞过程中发生剧烈振动,而比较大的锥角又会使系统的接触碰撞力增大,甚至造成对接失败.本文针对面向在轨服务的小型航天器上使用的锥——杆式对接机构,提出了新的对接锥型面设计目标;利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,仿真分析了对接机构碰撞后的运动学特性;通过研究对接锥的型面设计方法,得到了新型对接锥型面.研究结果表明,新型对接机构的整体性能满足设计目标要求.      

应用PCL开发温度场分析前后置处理系统

针对“飞机结构三维温度场有限元分析程序（ASTSA）”,为了解决热阻单元的模型建立问题．提出对两接触面分别定义为主从壳元,在转换程序中实现热阻单元的设想。同时,对流单元、辐射单元应用MSC.Patran的壳单元来模拟并给出单元标志以区别于热传导壳单元;规定时间函数曲线在载荷窗体输入,单元死活、内部热生成等在材料参数窗体中输入;云图显示以MSC．Patran提供的模板格式形成。应用PCL为ASTSA开发了完整的前后置处理系统,为ASTSA的推广应用提供技术支持。     

基于UG的压气机叶片参数化设计方法研究

航空发动机压气机叶片设计是反复迭代的过程,每次修改都需要重新进行三维建模,极大地延长了设计周期。为解决压气机叶片设计效率低的问题,并快速设计出气动性能好的叶片,本文基于CAD设计软件UG,采用二次开发的方法,构建压气机叶片参数化三维模型,将压气机叶片的气动几何参数与叶片几何三维模型相互关联。当气动设计参数发生改变时,几何三维模型随之改变,叶片的气动性能也相应改变,极大地提高了设计效率。