高超声速飞行器空气舵系统耦合特性分析及颤振抑制研究

为了预防高超声速飞行器空气舵系统流、固、热、电、磁等多物理场的耦合作用所引发颤振失稳开展颤振抑制研究,建立了将热环境下舵面结构动力特性、高超声速非定常气动力、舵机环节非线性动力学特性耦合起来的舵机-舵面耦合系统数学模型和颤振特性分析方法;对某舵系统进行了数值分析,研究了热环境、电动舵机设计参数以及指令信号幅值对颤振速度的影响,提出在舵机电流环加入超前滞后环节的颤振抑制措施。仿真结果表明,该方法能有效地提高舵系统的颤振速度。     

具有间隙非线性的全动舵系统的颤振分析

研究了超声速来流中含间隙舵系统的颤振问题。通过建立舵机传动机构的动力学方程并采用翼段模型和活塞理论,导出了俯仰方向含有间隙的舵面的非线性气动弹性动力学方程,利用 Hopf 分叉理论计算了舵面的颤振速度,并采用描述函数法分析了含间隙舵面的气动弹性响应。在此基础上,研究了传动机构的动态特性和间隙对舵面的颤振速度和极限环振荡行为的影响。研究表明：舵机静刚度较低时,需要考虑其动刚度对颤振速度的影响;仅当间隙内的俯仰刚度较小时,舵面的气弹响应才会发生亚临界 Hopf 分叉;在飞行速度一定的情况下,间隙量增大1倍,极限环振荡的振幅近似增加1倍。     

非线性空气舵系统模态试验及颤振设计研究

在飞行器空气舵结构系统的设计中不可避免会存在摩擦、间隙、阻尼等非线性因素,在模态试验中表现为舵系统的模态试验结果随着激振力、舵面负载的变化产生明显的变化,而模态数据作为颤振设计的重要结构参数,对颤振分析结果有重大影响.工程设计中采用何种工况下的模态数据来进行颤振分析没有定论,保守设计认为所有模态状态下均不发生颤振则舵系统设计满足要求.以某空气舵系统为研究对象,给出了舵系统的模态变化范围,以不同工况下的模态数据为输入进行了颤振分析,最后采用当前的颤振设计思路,给出了在弯、扭频率最接近的模态状态下的颤振动压.     

考虑阻尼和行星传动齿轮啮合刚度的动力传动系统动态特性

基于阻尼、齿轮啮合刚度的动力传动系统动态特性研究,可以更加准确、全面获取动力传动系统的固有特性,为动力传动系统优化匹配和系统动力学参数优化设计奠定基础.基于拉格朗日方程建立考虑发动机、联轴器等部件的阻尼参数、行星传动齿轮啮合刚度扭振动力学模型.通过复模态求解,对动力传动系统固有模态(复特征值、复特征向量)的物理意义,以及阻尼对系统固有特性的影响进行了分析.创新性地提出了复模态振型的表示方法,理论计算分析证明阻尼对动力传动系统固有特性的影响不容忽视.考虑阻尼参数,可获取更加准确的动力传动系统固有特性计算结果,支撑动力传动系统开展优化匹配;动力传动系统行星排考虑齿轮啮合刚度,可提取行星排齿轮传动固有特性,为行星传动固有特性与齿轮自激励优化匹配奠定基础.考虑阻尼和齿轮啮合刚度的动力传动系统动态特性研究具有一定实用价值.     

基于时域法的火箭空气舵系统频率特性分析

针对火箭非线性舵系统的串联结构特点,建立空气舵系统刚度模型。基于时域法分析火箭空气舵系统频率特性,通过建立有限元分析模型得到舵系统的非线性频率特性。有限元计算结果与模态试验得到舵系统的非线性频率特性进行对比,两者一致性较好,验证了基于时域分析舵系统非线性频率特性方法的正确性。通过计算和试验得到：间隙会导致舵系统一阶频率降低,增加舵面负载和增大激振力均可消除舵系统间隙,使舵系统一阶频率随舵面负载、激振力的增大而变大。     

舵面系统间隙非线性气动弹性研究

间隙非线性对结构的气动弹性特性有重要的影响。传统线性气动弹性力学计算方法不能准确解决非线性系统的气动弹性问题。本文采用时域积分法计算舵面间隙非线性气动弹性,这种方法易于工程实现,为舵面系统(舵面与操纵机构)间隙非线性气动弹性稳定性和振动特性分析研究提供了一种有效的解决途径。     

典型参数对黏性干扰效应影响研究

针对航天飞行器高空高速飞行面临的黏性干扰问题，以尖楔外形和典型后缘舵航天飞行器为研究对象，采用计算流体力学手段，开展高度（雷诺数）、壁温（壁温比）对壁面边界层流动的影响研究，获得黏性干扰流场结构变化及影响规律。结果表明：随着高度、壁温增大，黏性干扰效应增强，边界层逐渐增厚，机翼对空气舵的干扰影响增强，可造成航天飞行器空气舵表面压强降低，舵效显著减小。     

含间隙舵面非线性动力学分析

为了建立含间隙舵面动力学模型,研究系统的非线性动力学行为,分析系统稳定性及参数对其特性的影响,针对含间隙舵二维动力学模型,采用三阶活塞理论建立了含间隙舵非线性气动弹性动力学方程,应用稳定性分析、Hopf分岔理论和数值方法分析系统的非线性颤振特性,根据求解的复特征根研究系统稳定性,根据特征根曲线分析马赫数和间隙对系统稳定性的影响,并通过Runge–Kutta法求解得到的舵面二维颤振常微分方程组,研究不同来流速度条件下的系统动力学响应。结果表明:间隙舵系统存在临界颤振速度,当来流速度达到临界颤振速度时,系统平衡点失稳,变成具有较大幅值的颤振极限环;此外,临界颤振来流速度随马赫数的增加,先增大后减小,随沉浮间隙量的增大而增大,随俯仰间隙量的增大而减小。     

某型舰炮随动系统的机电耦合建模及仿真

复杂机电系统中的机电耦合会影响系统的动态特性和响应特性。针对舰炮随动系统,分析了其传动系统的机电耦合因素以及复杂机电系统耦合模型的建模方法。以某型舰炮俯仰随动系统为研究对象,通过分析机电系统各组成部分的传递函数,得到了该系统的动态结构图,建立了该系统的机电耦合模型,应用M atlab/S imu link软件仿真分析了传动系统的摩擦系数和负载的传动惯量对舰炮随动系统动态特性和稳定性的影响。     

超声速飞行器后缘舵缝隙影响研究

针对某超声速飞行器,采用数值模拟方法研究了不同弦向缝隙下机翼与后缘舵之间的绕流特性,在兼顾亚声速气动特性的基础上获得了缝隙对舵效及气动性能的影响规律。结果表明,亚声速时舵效随缝隙的增大降低较多;超声速时缝隙对舵效的影响较亚声速小,当缝隙为10 mm时飞行器的舵效及气动性能最优,研究结果可为超声速飞行器后缘舵设计提供定性的参考依据。     

空空导弹推力矢量舵系统适配性选择

简要介绍了三类推力矢量舵系统,分析了几种主要推力矢量舵系统的操作效率,提出了空空导弹推力矢量舵系统应遵循的四项适配准则,并根据此准则探讨了各种舵系统在空空导弹上的适用性,给出了几种推力矢量舵系统的联动控制能力,滚动控制能力及稳定比较 。     

预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性研究

为了研究预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性,开展了入水角为20°时的试验研究。超空泡航行体由空气炮加速获得入水初速度,采用高速摄像机记录入水空泡流型,同时由内测系统记录航行体的运动参数和尾部压力变化。对预置舵角为0°和20°时的试验结果进行对比分析,给出了预置舵角下航行体倾斜入水弹道特性,并进一步研究了不同预置舵角对弹道的影响。试验结果表明：预置舵角为0°时航行体以超空泡状态沿直线运动;预置舵角为20°时出现显著的尾拍现象,轴向力和法向力增大,弹道特征体现为偏向水面弯曲,航行体最终以双空泡状态航行,弹道偏转趋势提升;增大预置舵角有助于增强航行体的弹道偏转能力。     

基于有限元的制导火箭弹空气舵裂纹成因分析

针对制导火箭弹中空气舵表面出现裂纹的问题,进行有限元仿真分析。通过模拟固化过程的边界约束及 固化压力载荷,得出的剪切应力较大位置与实际出现裂纹位置一致;复合材料成型过程中外部施加压力过大会导致 空气舵金属芯网格位置与复合材料产生剪切压溃效应,增加结构残余应力,特别是舵芯根部等较薄的复合材料区域 出现较大的剪切力时会导致在相应位置的舵面处出现穿透性裂纹;通过优化控制工艺参数能有效改进施压过大以及 降温速率过快的情况进而预防表面裂纹的产生。结果表明,该分析为后续空气舵结构设计以及生产制造提供了指导 参考。     

进排气蜗壳结构对履带车辆冷却系统风量的影响研究

应用三维建模软件PRO／E建立了某履带车辆散热系统的进排气蜗壳、风扇和散热器等部件的三维模型,并运用FLUENT6．3软件对不同蜗壳结构对冷却系统风量的影响进行了仿真分析,提出了改变风扇安装位置、增加排气蜗壳出口斜面以及取消进排气蜗壳分型面等优化建议．仿真结果表明,在不增加冷却系统体积的前提下,通过优化措施,冷却系统风茸提升了8．3％．     

预置舵角下超空泡航行体运动过程弹道特性研究

为研究超空泡航行体在水平面机动转弯过程中的弹道特性,采用航行体头部设置预置舵角方法实现,开展了0°、3°和6°预置舵角下航行体自由运动的试验研究。试验在水池中进行,采用高速摄影观察不同预置舵角下的空泡演化过程,采用内测装置测量航行体运动参数,获得了不同预置舵角下超空泡航行体水平运动过程中的弹道特性。试验结果表明：当预置舵角为0°时,航行体侧向力由于非定常因素扰动小幅波动,但均值基本为0;当存在预置舵角时,随着预置舵角的增大,轴向力和侧向力不断增加;预置舵角可以控制超空泡航行体的弹道水平机动转弯,且预置舵角越大、弹道越容易转弯,但舵角过大会导致航行体弹道失稳。     

端面谐波齿轮啮合侧隙的计算机辅助分析

据板壳理论采用高度变位对刚轮和柔轮进行变位,在端面谐波齿轮传动数学模型基础上,用啮合分析软件分析端面谐波齿轮啮合侧隙的变化规律.通过计算机辅助图形分析,选择的结构参数和啮合参数按规律变化,计算、分析啮合侧隙的影响并用图形曲线显示在屏幕上.并找出啮合参数和结构参数与评价指标的内在联系,再通过参数修改,获得满意的结果.     

整流帽布局对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响

基于局部外形优化改善空气舵附近区域局部热环境,可明显提升高马赫数飞行器热防护系统在恶劣环境下的适应性和生存能力。整流帽的应用作为高马赫数飞行器全动舵流动与气动热特性优化的有效手段,在近年来备受关注。建立一种适用于高马赫数完全气体可压缩流动的数值模拟方法,采用该方法开展整流帽布局及几何参数对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响研究,并通过带整流帽布局的平板-全动舵模型激波风洞测热试验对数值模拟方法的准确性进行验证。结果表明：高速来流流经整流帽时将产生激波减速,在整流帽下游激波迅速膨胀分离,空气流动速度和加热能力均显著降低;从整体上看,设置整流帽能够显著降低整流帽展向宽度范围内的全动舵及附近平板气动热环境;随着整流帽楔角减小,全动舵气动加热整体呈恶化趋势;随着整流展宽增加,全动舵气动加热进一步减轻。     

基于CSD/CFD舵面气动力流固耦合仿真分析

空空导弹空气舵面与气动力存在流固耦合作用。采用ANSYS Workbench 14.5对空气舵面与气动力进行了流固耦合仿真分析,研究了攻角和马赫数对舵面振动位移的影响。研究表明,舵面振动位移频率受攻角和马赫数的影响较小,舵面振动位移幅值随攻角和马赫数的增大而增大,并呈非线性关系。低马赫数范围内,飞行速度的变化对舵面振动位移的影响更为明显。攻角为30°,马赫数为3时,舵面振动位移曲线更趋向于等幅振动,舵面趋向于颤振临界状态。     

某型空中加油机加油吊舱涡轮驱动电机性能研究

针对混合式步进电机驱动某型空中加油机加油吊舱冲压空气涡轮的工作过程,分析步进电机的结构和使用特点,总结多元素影响下如何提高步进电机的工作性能。重点分析加减速度曲线、细分数等对电机性能的影响。结果表明,该电机能有效解决新型电动机耐高温、体积小、重量轻、功耗小、转矩大、控制精度高、响应速度快的问题。     

基于多目标遗传算法的特种车舱室送风系统优化设计

特种车由于其舱内空间狭窄、人员密集等特点,送风系统难以同时保证多乘、载员人体热舒适性要求,需要对特种车舱室送风系统进行合理布局和优化设计。针对某型特种车,建立其舱室简化三维模型。选取预计平均热感度、空气龄、加权温度及头足温差作为送风系统性能优劣的评判标准,结合计算流体动力学和多目标遗传算法,对送风系统布局和参数分别进行仿真优化设计。仿真结果表明,采用顶部左右条缝及脚部送风口可以有效改善乘、载员热舒适性,提高送风系统性能。进一步分析帕累托最优解,得出顶部送风口位置、送风角度和回风口位置的最优取值。本优化设计结果满足设计指标要求,为特种车送风系统设计、优化工作提供了新的思路。