双组元25N推力器脉冲工作模式下的传热特性分析及改进

在离心式双组元25N推力器的脉冲工况温度稳定性试验中,有16%的工况均发生了推力器稳态温度跃迁导致的喷注器头部高温过热的问题。本研究针对该问题开展了深入的机理分析,并通过优化推力器局部传热特性以消除其对于特殊脉冲工况的应用限制和风险。通过液滴撞壁试验,分析了不同条件下推进剂液膜发展的规律和机理:一旦壁面温度达到了莱登弗斯特温度以后,液滴与壁面的换热能力将大幅下降,严重影响液膜冷却的效率。通过Amesim软件进行的传热仿真进一步表明,一旦因为热回浸现象导致雾化液滴与涂层壁面的作用机制发生变化,进而影响冷却液膜的形成,就会使推力器的温度分布从正常的第一稳态进入无液膜的第二高温稳态。仿真结果基本复现了热稳定性试验中出现的故障模式。针对该故障机理改进了喷注器的结构导热性,将喷注器的花篮连接结构的导热面积增加了1.5倍,可以有效分担液膜的热流负担,抑制液膜进入莱登弗斯特态,使得推力器的脉冲工作可靠性大幅提高,令温度稳定性试验的通过率提升至100%。     

基于CFD的座舱盖加温疲劳试验台设计方案优选

在对较大面积座舱盖进行长时间高低温频繁转换的加温疲劳试验时,实现座舱盖外表面温度场的均匀分布是保障试验可靠性的关键所在,也是设计疲劳试验台需要解决的技术难题。本文以座舱盖加温疲劳试验台为研究对象,以相互耦合的航向温差和展向温差定义温度场均匀性,考察不同设计参数对温度场均匀性的影响。选取环形通道的试验段和前过渡段为计算区域,并建立了三维非稳态对流-导热模型,基于计算流体力学（CFD）方法开展座舱盖加温疲劳试验台设计参数的方案优选,详细分析了入口温度控制周期、试验段的特征尺寸、入口流量和前过渡段特征角度对温度场均匀性的影响。研究发现：改变入口温度控制周期不会对座舱盖外表面温度分布产生显著影响,而调整试验段的特征尺寸可以明显改变航向温差和展向温差;此外,增大入口流量可以有效提高座舱盖外表面的温度场均匀性,通过改变前过渡段特征角度可以明显改善由风挡温度引起的温差超标问题,研究结果可为座舱盖加温疲劳试验台的设计方案优选提供理论支持。     

气囊硬度对固化后帽型长桁厚度的影响

为满足宽体客机机身轻质高强的要求,机身复合材料蒙皮需要长桁的支撑以提高复合材料壁板的刚度。为获得厚度均匀性良好的帽型长桁加筋壁板,对帽型长桁加筋壁板成型工艺中真空袋囊芯模的方法进行了改进,提出了一种硅橡胶囊芯模与真空袋囊芯模相结合的方法,获得了厚度均匀性良好的帽型长桁壁板,满足机身复合材料帽型长桁-蒙皮共固化成型时尺寸精度的要求。利用有限元仿真方法,研究了硅橡胶囊芯模截面尺寸、硅橡胶材料属性对长桁厚度均匀性的影响,结果发现所用硅橡胶囊芯模硬度越大,长桁尺寸均匀性越差。不同条件下所得长桁厚度对理论分析的准确性进行了验证。考虑硅橡胶硬度对长桁尺寸均匀性及工艺操作性的影响,最终选定所用硅橡胶气囊硬度为50HA,所得蒙皮-长桁实际测量的平均厚度与理论厚度偏差小于6%,细观分析发现蒙皮-长桁连接处纤维走向没有发生变形。     

鸟撞风挡问题分析方法研究

在鸟体撞击风挡结构过程中,鸟体与风挡相对撞击速度非常大,是飞机结构损伤的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。本文基于鸟撞风挡问题,采用对比分析的方法,对目前鸟撞风挡问题的地面试验法、工程计算法及有限元仿真法进行了详细介绍,比较了不同方法的适用条件、范围及其优劣;最后选取某飞机风挡层合玻璃作为研究对象,采用有限元仿真法,建立了风挡鸟撞模型,利用任意拉格朗日欧拉耦合法(ALE)完成了相关分析,得到了鸟撞风挡的变形及其速度、加速度等参数,通过比较分析结果,为飞机风挡设计提供参考。     

航空装备经济可承受性设计

以国外航空装备为例,介绍了经济可承受性设计的意义及其发展历程,论述了寿命周期费用估算与评价流程,以及经济可承受性设计中限货和面向成本的设计方法. 由于大量高新技术在航空装备上的应用,"只求性能优,不计成本高低"的航空装备建设思想越来越受经济条件的制约.新一代的航空产品发展目标是寻求能综合费用、性能、进度和可靠性、维修性等多种要求的最佳方案,因此,应更加注重航空装备的经济可承受性.     

面向可承受性的飞机总体方案评估方法

现代飞机系统的设计日趋复杂,设计周期和研制风险也随之增加。因此,飞机系统的发展模式正由“性能决定设计,设计决定费用”向“性能和费用目标同时决定设计”转变,从而导致面向可承受性设计方法的出现。通过对可承受性定义的研究,在现有结构模型的基础上,讨论了面向可承受性的飞机总体方案评估方法的分析结构模型,并对相关参数的数学表述作了进一步的分析。籍此建立了更接近实际设计发展需求的飞机总体方案评估模型。     

功能梯度材料的有限元方法研究

针对功能梯度材料这种新型材料,提出了采用等参梯度元建立有限元模型的方法。推导了两种受力情况下各相同性功能梯度材料薄板的应力解析解。在实例运算中,通过梯度单元数值解与解析解及传统均一单元数值解的比较分析,验证了功能梯度材料采用等参梯度元建立有限元模型的有效性,对功能梯度材料的进一步研究具有一定的指导意义。     

汽车板抗凹性评价体系及试验机系统

抗凹性是评价汽车板使用性能的一项重要指标.建立了汽车板抗凹性评价体系,并从试验原理 、试件制备以及评估参数等方面作了系统的描述.在此基础上,开发了基于微机控制的专用 抗凹性试验机系统,详细介绍了试验机构成、测控系统以及加载系统.应用表明试验结果 稳定可靠.      

弹射座椅动态舒适性与人椅动力学特性研究

动态乘坐舒适性一直是座椅舒适性的研究难点和重点之一,为了研究弹射座椅的动态乘坐舒适性,建立了九自由度的人-椅系统动力学模型,并分别进行了人体模型的模态和人椅模型的动态响应计算机仿真与分析,研究了座椅动态特性参数变化对人体振动响应的影响,为弹射座椅动态舒适性的评估和防护方法研究奠定了基础.      

纳米复合材料分散相分散均匀性的分形表征

针对传统的纳米复合材料分散相分散均匀性评价方法的不足,提出了一种以分形理论为数学模型基础,以纳米复合材料的透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)图像为评价对象的分散相分散均匀性的定量评价方法.运用离散对象构成的自然分形体的分形维数建立了分散相分散均匀性的数学模型.将纳米复合材料TEM图像进行图像处理,以纳米复合材料TEM图像的中心为圆心以不同的半径做圆,提取不同的圆内的粒子数与回转半径,并在双对数坐标中直线拟合.该直线的斜率的倒数即为分散均匀性参数,并以此作为评价分散相分散均匀性的指标.将该方法实际应用于聚合物基纳米填充复合材料分散相分散均匀性的描述,验证了该评价方法的可行性.