充气式再入航天器总体方案及关键技术初探

充气式再入航天器是一种新型的再入航天器,可实现载人航天和行星探测任务中的行星大气再入,具有系统简单、质量小、气动加热低和可适应不同外形的再入载荷等优点。文章介绍了充气式再入航天器的国际发展现状,并对充气式再入航天器的总体方案进行了初步分析。参考俄罗斯的充气再入与降落技术(inflatable re-entry and descent technology,IRDT)设计先例,提出了充气式再入航天器的构型方案,并针对该构型进行了基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的气动力和热仿真分析。计算采用了迎风格式的层流模型,基于密度进行求解。文章还基于国际空间站的运行轨道,开展了再入轨道的设计,最后对再入气动特性分析、柔性热防护材料、布局与折叠包装和充气机构设计等关键技术提出了初步建议。     

基于ALE的降落伞充气过程数值仿真

采用任意拉格朗日-欧拉法(Arbitrary Lagrange Euler method,ALEM)流固耦合方法模拟某模型伞在低速气流作用下充气展开过程。计算获得了充气过程中伞衣应力、流场速度矢量、压力以及伞衣半径变化等结果。与试验对比,开伞过程相同,同样出现了伞衣顶部塌陷、抖动等现象。通过对数值结果的分析解释了伞衣抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大噪声的原因,同时预测开伞过程中的危险截面。     

减速器壳体结构振动与辐射噪声分析

从减速器壳体的振动特性出发,对由振动引起的辐射噪声进行了深入的研究;基于声振耦合理论,运用有限元和边界元的计算方法,实现了对减速器的振动噪声的虚拟再现,为减速器的减振降噪优化设计奠定了良好的设计基础。在建立良好有限元模型基础上,计算了减速器壳体结构的振动特性以及壳体表面典型节点处的声学量。设计了减速器缩比模型试验,定性分析灌注阻尼特性对减速器壳体结构的影响。通过对比壳体结构的响应特性,分别从理论和试验上得出了灌注阻尼在测试频段内的减振效果。     

直升机主减速器噪声源控制技术概述

主减速器噪声是影响直升机舱内乘坐舒适度的关键因素。为实现主减速器噪声的有效控制,基于直升机主减速器内部结构特点,概括了国内外在齿轮、齿轮轴、轴承和机匣位置开展的噪声源控制技术的发展状况,包括被动、主动和半主动控制方法。已有研究结果表明,噪声源控制技术可在满足直升机轻量化需求的基础上,实现主减速器总体降噪超过10 dB,是改善直升机舱内噪声环境的关键技术储备。根据目前国内外研究现状,结合直升机舱内噪声环境需求,从主减速器噪声分析、控制及试验技术3方面提出了该领域的一些研究方向,为主减速器噪声源控制技术发展提供了思路。     

某型直升机中减速器飞溅润滑流场特性分析

为了分析某型直升机中减速器飞溅润滑内部流场特性,基于计算流体动力学(CFD)方法,运用流体体积（VOF）多相流模型和湍流模型,建立了包含齿轮箱体、螺旋锥齿轮和导油器等部件的中减速器飞溅润滑数值仿真模型,得到了中减速器飞溅润滑过程中的流场特性,实现了中减速器内部瞬态流场的可视化,分析了齿轮转速、浸油深度对关键位置润滑油流量的影响。结果表明:齿轮啮合处润滑油流量与齿轮转速、浸油深度成正相关;导油管内润滑油流量与导油器油量饱和值有关,当油量大于该值时,导油管内润滑油流量随着齿轮转速的增大而增大,随着齿轮浸油深度的增大而不变。搭建了螺旋锥齿轮箱飞溅润滑试验系统,将飞溅润滑过程中圆孔润滑油流量试验结果与相应的仿真结果进行对比,最大误差为9.5%,验证了仿真方法的正确性。      

充气式气动减速器的折叠方法及充气过程数值仿真

针对充气式气动减速器难以建立折痕有序、径向压缩的折叠模型,本文提出了分割映射折叠方法。首先基于分割映射技术得到分割展平面;其次通过矩阵变换将分割展平面转换为连续的几何折叠模型;最后,采用初始应力修正了建模过程中的模型误差,降低了充气过程中的应力集中和网格畸变问题。数值结果表明：充满的单圆环的表面积和体积误差仅为1.8%,验证了本文折叠方法的高精度;充气式气动减速器的初始和充满外形与实验外形一致,展开过程稳定、有序,说明该方法的可靠性和适用性。本文折叠方法适用于任意旋转曲面的多维压缩和有序折叠,提高了曲面展开数值仿真的精确度和稳定性。     

直升机减速器齿轮疲劳寿命评定方法

直升机减速器是直升机传动系统的关键部件。本文分别采用幂函数和三参数两种标准S-N曲线方程的数据处理方法,讨论直升机减速器齿轮开裂破坏模式的安全寿命评定方法。     

充气式再入飞行器柔性热防护系统的发展状况

讨论了充气式再入飞行器对柔性热防护系统的具体要求，归纳了柔性热防护系统设计的一般准则。概述了柔性热防护系统在充气式再入飞行器中的应用现状，并指出在多层隔热毡(MLI)外表敷设耐高温涂层是柔性热防护系统的理想方案。介绍了柔性热防护系统的材料技术，指出轻质、柔性和耐高温是柔性热防护材料的主要特征，并建议在充气式再入飞行器的总体设计过程中采用Nextel312作为主要候选材料来完成相应的热防护设计。     

基于MATLAB的齿轮减速器优化设计

优化设计是将最优化理论和计算技术应用于设计领域,为工程设计提供了一种重要的设计方法.MATLAB优化工具箱具有编程工作量少、语法符合工程设计要求的特点,本文利用优化工具箱以行星齿轮和中心轮的质量最小为目标函数对行星齿轮减速器进行快速优化设计,并给出了行星齿轮优化设计的具体实例,与原设计方案相比,取得了良好的优化效果.     

一种谐波减速器不对中误差分析方法

在空间环境中运行的星载天线转动单元中的谐波减速器产生的不对中故障信号故障特征难以提取,针对此问题提出了一种优化变分模态分解的故障诊断方法,这种方法基于鲸鱼优化算法(WOA)和Teager能量算子(TEO)包络解调。首先,由于包络熵对故障信号特征非常敏感,故采用包络熵作为适应度函数,同时其也是鲸鱼优化算法的目标函数。其次,WOA具有操作简单、调整参数少、跳出局部最优能力强等诸多优点,故使用WOA对变分模态分解(VMD)进行优化,构建优化算法。最后,使用Teager能量算子对本征模态分量(IMFC)进行处理。所提出的方法用于分析谐波减速器输入、输出轴两端收集的实验信号。通过与传统的快速傅里叶变换方法进行对比结果表明,所提出的方法提高了分解效率,在分解参数的原则和故障信号提取精度方面具有良好的性能,误差不超过2%,能够实现谐波减速器不对中故障信号的精确诊断,具有一定的研究意义与工程实用价值。