大推力液体火箭发动机启动冲击响应特性研究

大推力液体火箭发动机结构对启动冲击环境的适应性对于发动机自身及火箭的可靠性与安全性均有重大影响。提出了精细化、系统性的发动机三维动力学建模技术,建立了组/部件及整机模型,采用元素型模型修正方法和模态测试数据对数学模型进行修正,获得准确的发动机结构动力学模型;基于冲击动力学理论,提出了研究发动机启动冲击力学环境效应的非线性瞬态动力学分析方法,仿真研究了结构对瞬态、强载荷冲击激励的动力响应规律。研究结果表明,预示前四阶模态与试验结果的一致性较好,模型的准确性满足冲击动力学分析要求;振动监测点的响应预测数据与试验测量值基本吻合,验证了启动冲击作用下结构瞬变过程分析方法的有效性;发动机的动态位移满足结构总体干涉和运动包络要求,掌握了发动机结构的薄弱环节在发动机氧化剂入口管的固定支板处,通过抗冲击结构改进设计成功地解决了该问题,提高了发动机结构的抗冲击能力和可靠性;文中的建模技术及冲击动力学分析方法为发动机结构精准动力学预示及试验提供了技术途径。     

小型运载火箭弹道与推进剂供给系统一体化设计方法

以使用液体发动机的小型运载火箭为研究对象,研究了其弹道与推进剂供给系统的一体化设计方法。首先从工程实际出发,建立火箭飞行的质心动力学模型、推进剂供给系统的结构质量模型和飞行程序控制模型,并在此基础上,进一步细化了此一体化设计问题中的相关技术细节。通过建立交叉使用粒子群算法(PSO)、有效集算法(ESA)和内点法的分级优化流程,最大程度挖掘了运载火箭的整体设计性能,同时也为后续的分系统设计提供了可靠的数据支撑。基于Electron火箭的仿真实例有力证实了该一体化设计方法的有效性。     

小推力液体火箭推进系统脉冲工况数值模拟

给出了液体火箭推进系统脉冲工作过程数值仿真模型；基于管道中一维流动力学方程的特征线解法，微分方程用差分解法，边界条件直接含在了模型中；对影响发动机多脉冲起动的主要参数进行了数值计算，计算结果与试验中发动机的工作参数具有较好的一致性；仿真软件和所得结果对小推力液体火箭推进系统设计具有重要参考价值。     

基于中心流形理论的液体火箭POGO振动系统Hopf分岔点特性

火箭飞行过程中不安定因素主要是液体火箭POGO振动所引起的低频振动,其由火箭纵向结构壳体与液体燃料发生共振所产生的。液体火箭POGO振动其实质就是流固耦合问题,为了解决这一难题同时降低成本,大多数学者采用理论计算与实验模拟相结合的方法。然而,其计算过程的简化过于复杂。通过质量守恒,动量定理以及牛顿第二定律建立了液体火箭POGO振动的非线性动力学模型,利用中心流形理论进行系统降维,并通过附属正规形法获得分岔方程,研究系统Hopf分岔点,得出在泵气蚀刚度系数的某一范围内,分岔参数的幂运算对分岔类型的判断有重要影响,从而为抑制液体火箭POGO振动的发生提供相关理论依据。     

液体火箭贮箱闭式增压系统仿真研究

液体火箭贮箱增压系统通过控制火箭推进剂贮箱气枕压力,使推进剂出口压力和流量达到发动机系统要求.本文利用AMESim建立了气瓶贮气闭式增压方案仿真模型,对增压过程进行了研究,模型符合实际工作过程.     

四缸双作用斯特林发动机平衡改进设计

四缸U型传动机构是斯特林发动机输出功率的核心部件,其设计的合理与否直接与斯特林发动机系统运行的稳定性、效率、寿命密切相关。基于四缸U型传动机构的特点,建立了传动机构动平衡配重的理论模型,获得了曲轴及输出轴上配重的质量和相位;进而基于多体动力学仿真平台,建立了4缸双作用斯特林发动机传动机构动力学仿真模型,为更真实地模拟曲轴实际运行状态,采用哑元及万向铰连接方法建立了曲轴等效模型,采用虚拟油膜的方法建立了滑动轴承支撑等效模型。动力学仿真结果表明:相比原传动机构模型,改进后的传动机构输出轴、左曲轴和右曲轴速度波动系数分别降低了11.5%、36.8%和34.4%;输出轴质心振动位移均值降低了20.0%;基座承受的动载荷均值降低了23.4%;验证了改进方案可行性和有效性,为斯特林机传动机构的设计提供一定的理论依据。     

用于飞行模拟的某型涡扇发动机及其控制系统建模与仿真

为了建立适用于飞行模拟机的发动机模型,对涡扇类发动机的建模和仿真方法进行了研究。根据某型涡扇发动机的功能原理、控制规律和大量的试验数据,在对发动机模型结构进行模块划分的基础上,基于部件级建模方法建立了发动机的状态变量模型和精细化功能模型。其中,详细建立了决定仿真精度的转子动力学、传热动力学和控制系统模型,将发动机的稳态、动态数据作为模型的输入数据文件,既满足了仿真的实时性要求又增强了发动机软件的通用性和扩展性。仿真结果表明,所建立的发动机模型能够满足飞行模拟机的仿真精度和实时性要求。     

车辆减振系统力学参数的动态分析

基于局部非线性系统时域分析方法，以六自由度整车系统为动力学模型，综合考虑发动机周期激励和道路不平度随机激励以及悬架减系统的非线性特征，从减小车架振动水平的角度，建立了对发动机支撑系统和悬架减系统的力学参数进行动态分析与设计的方法并研制的相应计算机程序，对于车辆工程中减振装置力学参数的合理设计与车辆振动水平的估计具有参考价值。     

采用动力测试的双转子卧螺离心机模型修正

基于动力测试及有限元模型修正建立准确的双转子结构卧式螺旋离心机动力学模型. 通过对复杂双转子装配体进行分步动力测试,获得整机及内转子在不同支撑条件下的前3阶模态参数. 研究双转子结构三维有限元模型精确建模方法并建立结构连接刚度的参数化模型. 通过有限元模态仿真分析及仿真结果与各阶试验模态参数的对比,检验模型的有效性. 通过参数灵敏度分析,获得卧螺离心机各连接结构中对结构模态参数影响最大的因子,并使用遗传算法分别对内转子和整机关键连接结构进行模型修正. 修正后的整机有限元模型在轴承支撑状态下前3阶弯曲模态频率仿真结果与试验结果之间的误差小于5%,可以较好地模拟卧螺离心机的动态特性,为深入的振动分析打下良好基础.     

大型客机发动机振动载荷传递特性研究

高涵道比涡扇发动机的振动冲击频段向低频转移,使得飞机舱内噪声频率分布中的低频结构传递噪声变得更加突出。为了研究发动机振动载荷通过机翼向机身传递的中低频振动特性,文章针对真实客机的结构动力特性,创新地提出了机翼双梁动力学模型概念,建立了"吊架-机翼-机身"全机动力学有限元模型;基于发动机的振动载荷谱,分析了发动机振动通过机翼向机身结构传递的载荷特性,为后续舱内噪声预计提供了数据输入;并仿真辨识了发动机振动传递的主路径,为舱内声学设计及发动机隔振安装提供了基础数据。文中研究结果对我国大型客机的减振降噪设计工作有重要的工程参考价值。     

四缸柴油机机体NVH性能改进

为降低发动机辐射噪声,采用数值计算方法对某四缸柴油机机体的振动声学性能进行分析与改进设计.以有限元理论为指导,划分发动机有限元模型,建立整机的多体动力学模型以及声学模型.通过多体动力学和流体力学计算发动机动力学载荷,通过结构动力学计算机体的振动响应,通过声学计算预测机体的表面辐射噪声,并实验验证计算结果.根据计算得到的机体振动与声学特性,确定影响机体（NVH）性能的关键频率,有针对性的对机体进行低噪声优化设计.在改进模型的基础上重新建立发动机多体动力学模型,计算改进后机体的振动与声学性能.结果表明,通过优化设计,机体的辐射声功率级降低0.9 dBA.     

一种基于大气层外解析动力学模型的最优迭代制导方法

固体火箭在实际飞行过程中其发动机参数会产生较大的摄动偏差,而传统的摄动制导很难保证较高的制导精度,甚至会发散。另外,采用动力学数值积分的显式制导算法进行实时计算又会带来较大的计算量,从而难以满足实际飞行的要求。针对这一问题,提出了一种基于大气层外解析动力学模型的最优迭代制导方法。首先在大气层外推导了解析动力学模型,然后基于Pontryagin极大值原理推导了最省燃料的推力控制方法,以共轭状态向量和飞行时间为迭代变量给出了带有多种终端约束的迭代制导算法。仿真分析了发动机参数和火箭初始状态在最大正偏差以及最大负偏差情况下迭代制导精度,并进行了蒙特卡罗打靶仿真。仿真结果表明,提出的基于大气层外解析动力学模型的迭代制导算法计算时间少、制导精度高、鲁棒性强,具有较好的工程应用价值。     

基于刚柔耦合模型的月球车振动特性仿真

为了分析月球车在月表环境下的振动特性,将其作为一个刚柔耦合多体系统,基于三维实体造型和多体动力学分析软件建立了刚柔耦合动力学模型。根据美国国家航空航天局的研究,建立了月球表面位移功率谱数学模型,结合谐波叠加法获得了月表不平度。以六轮月球车样机JLUIV-6为研究对象,通过典型越障工况试验验证了所建模型的可靠性。以月面不平度作为振动激励对所建立的动力学模型进行了仿真,分析了月球车车体的振动响应及振动加速度幅频特性。结果表明,月球车在0.8～1.8Hz处存在明显的共振区域,为月球车系统设计及优化提供了依据。     

空气涡轮液体火箭发动机建模与仿真研究

空气涡轮火箭发动机ATR(AeroTurbo Rocket)是一种吸气式组合推进装置,可以作为战术导弹、巡航导弹和重复式二级入轨航行器的一级动力等不同任务背景飞行器动力而引起关注.文章建立了液体推进剂ATR发动机非线性气动热力模型,模型考虑变比热容影响,并将发生器与主燃烧室热力计算模块与涡轮发动机仿真迭代计算模块集成,开发了仿真软件,可用于ATR发动机设计点和非设计点特性计算.文中分析了热力循环参数对液体推进剂ATR发动机性能的影响,通过性能仿真研究了发动机特性.结果表明:ATR发动机压气机增压比可大幅降低,既提高了比冲也使结构复杂性降低;需匹配各部件设计参数,使大工况范围内部件工作在温度压力许可范围.     

多孔质气静压轴承-转子系统的模态分析

对转子的模态进行分析,基于有限元理论建立了多孔质气静压轴承-转子系统的动力学模型。运用Matlab软件仿真,得到了考虑陀螺与阻尼以及不考虑陀螺与阻尼两种情况的模态振型。在实验验证时,借助Data Physics 730动态信号分析仪进行数据采集,将采集的数据导入用ME’scopeVES软件建立的转子三维模型中进行分析。仿真和实验对比得出,弹性支撑下后置T型转子仿真分析与实验验证的数值相差在6%以内。     

磁致伸缩悬臂梁振动能量采集器建模与仿真

从悬臂梁结构动力学的角度出发,基于弹簧—阻尼—质量模型、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立了Galfenol悬臂梁振动能量采集器的输出电压预测模型,根据该模型搭建了振动能量采集器仿真系统,通过实验对所提出模型进行验证,仿真结果与实验数据接近,模型能够对Galfenol悬臂梁振动能量采集器的输出电压进行准确预测。     

低温推进剂贮箱分布参数仿真模型开发

低温推进剂贮箱用于贮存运载火箭能源,其气液参数分层现象影响液体火箭发动机推进剂输送系统特性。根据模块化建模和仿真思想,应用AMES-im(advanced modeling environment for simulations of engineering systems)软件开发了低温推进剂贮箱分布参数仿真模型。结合AMESim软件固有模型,建立了一种采用气瓶贮气式增压方案的增压输送系统仿真模型,对系统整个工作过程进行了仿真,较好地反映了低温推进剂贮箱的分布参数特性。     

基于绝对节点坐标法的三维柔性旋转梁动力特性分析

主要研究了三维柔性旋转梁的动力特性.采用绝对节点坐标法和几何非线性变形假设,基于一般连续介质理论,建立三维柔性梁的非线性动力学模型;基于摄动理论,结合浮点坐标方法,采用线性化技术,建立柔性旋转梁的振动频域分析模型.对柔性梁自由单摆进行时域仿真,并分析了不同转速下三维柔性旋转梁的频域特性.结果表明,随着转速增加梁的动力刚...     

AMT车辆动力学模型的快速建立与仿真

为了减少车辆控制系统的开发时间,利用Matlab/Simdriveline中的动力传动系统模块快速建立了汽车动力学模型。采用经过插值的发动机实验数据建立了发动机模型,改进了软件中发动机模型的不足,并在建立的动力学模型基础上进行了AMT离合器起步结合控制仿真。仿真结果表明:AMT车辆在已制定的控制策略下能顺利起步,所建立的动力学模型能准确反映车辆动力学特性,有效提高了汽车控制系统的设计效率。     

基于AMESim的DCT车辆起步与换挡过程仿真分析

分析了DCT的结构和工作原理,建立DCT传动系统及整车行驶系统的动力学模型;基于AMESim仿真平台,分别建立了发动机模型、离合器液压系统模型、机械齿轮传动系统模型和轮胎-悬架-车身模型,最终建立了DCT车辆的整车动态仿真模型。基于DCT动力学模型及AMESim仿真模型对DCT车辆的起步和动力换挡过程进行仿真分析,得到了DCT车辆行驶过程中离合器油压变化曲线、动力传动系统转矩和转速的变化曲线以及汽车车速和加速度曲线,为进一步深入研究DCT提供了参考。仿真结果表明:所建立的模型基本符合实际情况。