临近空间浮空器聚乙烯薄膜超压气球球体设计

球体是临近空间浮空器最重要的组成部分,球体设计对整个系统的性能有重要影响。为了研究及分析气球球体设计,以聚乙烯薄膜的特性为基础,通过聚乙烯薄膜的应用,对气球球体的体积、压力变化等方面进行量化分析,进而满足气球球体设计的需求。基于此,在利用临近空间浮空器的基础上,针对聚乙烯薄膜材料(PE),设计加工了4 m正球及4 m南瓜球进行地面耐压试验,比较了两者的耐压值及破坏模式。研究结果表明PE南瓜球耐压值比PE正球高3～5倍。     

基于数值分析的压力传感器温度补偿方法研究

现有的压力传感器存在温度漂移和非线性等问题。在-40～80℃工作温度下进行压力传感器标定试验,建立一种基于数值分析的结合三次样条插值、最小二乘法、牛顿插值法的压力传感器温度补偿模型,并基于试验标定数据进行仿真,结果表明:采用该压力传感器温度补偿方法后,最大零点偏移和最大灵敏度误差分别为5.597 Pa和0.2%,最大相对误差为0.19%,极大地修正了压力传感器的温度漂移,该温度补偿模型的可行性和实用性得到验证。     

基于相似理论的真空管道交通系统运行特性的研究

为了探索列车运行时真空管道交通(ETT)系统中热压耦合的气动特性,建立EET系统三维数学模型及物理模型,对系统的运行特性进行了仿真,结果表明:列车的最前端驻点处出现压力的最大值,车尾卡门涡街处出现压力的最小值。但由于该系统结构尺寸巨大,计算耗时长,工作量大,因此基于相似准则,结合ETT系统的运行特点,推导了ETT系统的相似准则方程,并在此基础上对系统的运行特性进行了研究,结果表明:在相似理论指导下,当小尺寸模型时,系统的压力场与原模型的压力场分布情况相似,最高和最低压力值仍然出现在列车的最前端驻点和车尾卡门涡街处,压力梯度变化云图相似,随着列车运行速度的增加压差呈抛物线式增长,最高温度同样呈抛物线式增长趋势,数值仿真结果与原模型尺寸的结果相比,压力场的最大相对误差为0.56%,温度场的最大相对误差为0.16%,均可以接受,因此在相似理论指导下,可以有效缩短ETT系统的数值计算周期。     

车用多元平行流冷凝器热力性能及流程布置仿真研究

采用分布参数法建立车用多元平行流冷凝器仿真模型,模拟2种流程布置的冷凝器换热和流动特性,仿真结果表明:与试验结果相比,冷凝器换热量的模拟结果偏差不超过±5%,空气出口温度偏差不超过±10%,制冷剂出口温度偏差不超过±15%,说明仿真模型能够较好地预测多元平行流冷凝器的换热和流动特性。通过50种流程布置方案仿真计算结果发现:车用多元平行流冷凝器的流程数不宜过多,一般以不超过5流程为宜,且最优化的流程布置方案更可能出现在流程数较少的情况下。     

基于有限元的吊舱内部温度场仿真分析与优化

针对某飞行试验项目机载吊舱内部对吊舱内部温度控制的要求,该文提出了一种新的实现形式,通过有限元仿真方法对吊舱的热载荷及内部温度场进行分析,得到了吊舱内部空气流动速度和温度分布信息。根据分析结果对吊舱内部设备布局和吊舱结构进行改进,实现对吊舱内部温度场均匀性进行优化的目标。通过飞行试验实测数据可知,基于有限元仿真方法开展的吊舱热载荷及内部温度场分析可以较好地反映吊舱内部的温度场,从而达到优化温度场的目的。     

超声速半球形多孔探针大气脱体激波仿真研究

为研究半球形多孔探针在超声速大气条件下产生脱体激波的形状和脱体距离随马赫数变化规律,采用CFD方法模拟大气环境,在1.2～1.7马赫数范围内进行数值仿真实验,用双曲线激波形状展示法和最小二乘法拟合得到了激波曲线离心率、脱体距离、曲率半径与马赫数间的函数关系,建立了脱体激波曲线参数化方程。将参数化方程与仿真结果和经验公式比较,结果证明,该参数化方程与仿真结果极为相符,且在距离球体较近处精度较高。参数化方程与经验公式预测的脱体距离差值不超过球体半径的5%。     

超临界CO2流体中超声速的特性

超临界CO2流体声速随压力和温度变化规律,对超声技术强化超临界流体萃取应用具有理论指导作用。为研究超临界CO2流体的超声速特性,设计了单探头脉冲回波法的声速测量探头,频率2.5MHz。采用汕头超声研究所生产的CTS-3600数字式超声探伤仪与声速测量探头连接。以温度每5℃和压力每1MPa为间隔,测量了温度为25℃～55℃,压力为7MPa～26MPa的CO2流体声速,根据不同温度下声速随压力变化的一组等温线,采用多项式拟合得到超临界CO2流体声速随压力和温度变化关系模型,在T=300K时计算模型计算值和文献参考值的相对误差。结果表明:超临界CO2流体声速随压力增加而增大,随温度升高而降低,在T=300K时模型计算值和文献参考值的相对误差在7%以内。     

Elman网络温度预测气密性检测研究

分析温度在差压法气密性检测中对检测准确度的影响及影响温度变化的因素,提出建立Elman网络,利用气密性检测平台在不同实验参数条件下得到的试验样本来训练网络。将训练好的神经网络用来预测气密性检测中待测密闭容器内的温度,并将预测得到的温度应用到气密性检测判断中。通过与应用较为广泛的BP网络和实际泄漏流量值比较可得,Elman网络进行41次训练后就达到预设目标,而且预测准确度更高。经过温度补偿后的泄漏流量值为12.67 m L/min(实际值为13 m L/min),相对误差为2.52%,极大地提高气密性检测的准确度。     

无人机质量特性参数一体化测量系统的研究

基于三支点称重法、扭摆法和惯性椭球法,设计出适用于质量范围为200～1 000kg、全长不超过4m、翼展不超过2m的无人机质量特性参数一体化测量系统。该系统只需通过一次装夹就可以测量出所有质量特性参数,操作方便。在测量过程中,相对于传统的竖直安装测量法,该系统采用小角度翻转测量法,此方法在满足测量准确度的同时既提升了测量效率又保证了产品测量的安全性。实际样件测试结果表明,相较以往同类型系统,测试时间缩短60%,质量质心相对误差小于1%,转动惯量和惯性积相对误差不超过4%。     

基于精密压力传感器气密性检测装置设计

针对某型装备润滑系统、燃油系统、助推器等气密性检测要求,分析了常用气密性检测方法的特点,介绍了一种基于精密压力传感器的直压气密性检测技术方案,采用DPS8000精密压力传感器作为系统压力检测单元,内嵌了无油干式压力泵作为压力源,采用了STM32F103VE微控制器,提出了基于最小二乘法的气压泄漏率计算模型和温度补偿模型,扩展了设备温度适应范围,提高了检测准确度,实现了气密性自动检测,检测压力和保压时间数字设定,具有操作方便、显示直观、灵敏度高、便携性好的特点。     

不同压力下具有内热源的包装箱内传热特性

目的研究具有内热源的某产品包装箱在不同压力下的传热特性。方法搭建具有内热源的某产品包装箱传热特性实验系统,对不同压力下内部具有热源的某产品包装箱内的温度场进行测量,讨论产品各部件的传热特性,并基于计算结果,拟合各部件的传热关联式。结果常压状态下各测点温度较低压状态更易达到平衡,箱体内温度场的分布符合被加热物四周热边界层厚度分布规律。包装箱内对流传热能力随着压强的增大而增强,且箱内压强处于较小范围时,压强的增加对于箱内各部的冷却效果更加显著。结论正常工作的温度范围内,该产品包装箱内传热能力的强弱主要受对流传热影响,对流传热能力随着压强的增大而增强;得到了各部件壁面传热关联式,误差在5%以内。     

气体动态稀释装置的可靠性评价

基于质量流量控制器(MFC)搭建了一套稀释装置,并通过高精度甲烷光谱仪验证了该装置的可靠性。试验结果表明,稀释比为0.01～0.02时,理论稀释浓度的相对误差不超过±4%;稀释比为0.04～0.1时,理论稀释浓度的相对误差在±0.5%以内。因此,稀释比很小时稀释装置的准确性欠佳。MFC上游输入气体压力变化对其输出气体流量存在影响,当输入压力在0.2～0.6MPa范围内变化时,MFC输出气体流量变化极差不超过1%,由此导致稀释装置输出的标准气体浓度的变化不超过1%。使用稀释装置制备标准气体时,优先设定MFC在满量程10%以上的范围内工作,以保证稀释装置的可靠性。     

声速法温度场重建接收信号幅值影响分析

为研究声速法接收信号幅值的变化对温度场重建的影响,基于声学测温法开展了热校准风洞模拟试验,成功模拟了航空发动机燃烧室出口的温度场重建。首先从接收到的信号数据中提取特征,建立特征矩阵,用以反馈信号幅值的变化;然后,基于采集到的信号数据,通过最小二乘法进行温度场重建;最后,通过比对不同特征矩阵下温度场重建的实际效果,分析声速法采集的信号幅值的变化对温度场重建的影响。通过试验验证可知：接收信号幅值越大,重建温度场的均方根误差越大,当幅值大于理论值40%时,均方根误差大于理论值14.38%;接收信号幅值越小,重建温度场的最大相对误差越大,当幅值小于理论值40%时,最大相对误差大于理论值44.3762 K。本文的研究对推动声学测温技术在航空发动机燃烧室出口温度场测试领域的发展起到促进作用,具有重要技术借鉴价值。     

基于DEFORM-3D大型挤压筒温度场的仿真分析

在金属静液挤压成形工艺中,挤压筒与模具的预热工艺(预热温度、加热及保温时间)对金属挤压成形过程以及挤压制品的力学性能有着重要影响。本工作采用DEFORM-3D软件对40 MN卧式静液挤压机的挤压系统的温度场进行了有限元仿真,给出了挤压系统的稳态、瞬态温度场以及挤压筒内表面的瞬态温度分布;并对挤压筒内表面的温度进行了实验验证,测试结果表明,挤压筒内表面温度分布与仿真结果非常吻合,相对误差小于5%。因此,本工作所建立的温度场仿真模型为大型挤压系统预热工艺参数的确定以及挤压系统自身结构优化提供了一个有效的理论依据。     

卧式液氢贮罐内温度分层数值模拟

实验采用CFD技术,通过对静置卧式液氢贮罐内部物理场数值模拟,揭示了卧式贮罐内部温度场、速度场的分布规律以及气枕压力变化情况,分析了液氢温度分层形成的过程及原因。研究表明,卧式贮罐内液氢区域的传热方式为自然对流,自然对流边界层覆盖整个与液氢接触的贮罐壁面。在贮罐竖直方向上存在温度分层,液氢温度分布近似于高斯概率曲线。贮罐内部流动是一个不稳定状态,涡旋的位置也在不断变化。静置卧式液氢贮罐自生增压现象较为明显,压力增长曲线为非线性。     

基于CFD方法的低温氦气调节阀工作特性研究

根据20 K温区低温氦气调节阀的运行工况,基于CFD方法对一台DN25低温氦气调节阀内的速度、压力、温度等流动参数进行了仿真研究。得到不同开度和压差下,流线和漩涡的分布情况,确定阀内物理参数大梯度变化位置及规律。针对阀芯与阀座的微小缝隙,研究了氦气从亚音速到超音速变化中压力、速度、马赫数和温度变化特性。计算结果显示,氦气在压力比为0.495时达到临界状态,与基于理想气体节流膨胀理论计算的临界压力比仅相差4.2%。研究结果揭示了调节阀内低温流体性质变化和流动规律,为预测阀门阻塞流发生条件提供了依据。     

烟用恒温干燥箱温度场均匀性研究

以烟用恒温干燥箱为研究对象,介绍干燥箱的基本原理和结构。通过CFD数值模拟和试验的方法对干燥箱的流场进行研究。采用SOLIDWORKS三维建模软件建立干燥箱的结构图,利用FLUENT软件仿真得到恒温干燥箱达到稳定状态时的温度场、压力场和流速场。恒温干燥箱内9个测量点的温度和风速测量值与数值模拟结果吻合较好,验证了数值模拟模型的正确性。而恒温干燥箱内部温度场的均匀性是干燥箱主要的性能指标之一,研究发现叶轮转速对干燥箱温度均匀度有较大的影响,合适的转速有利于改善干燥箱内温度场的均匀性,为干燥箱的优化设计提供参考依据。     

CFRP拉挤过程非稳态温度场数值模拟与FBG实时检测

碳纤维增强聚合物基复合材料的拉挤成型过程是动态的,其固化度与温度变化为强耦合关系。温度场是工艺过程控制关键之一。根据固化动力学和传热学理论,建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过差示扫描量热仪（DSC）分析计算出模型中固化动力学参数。采用有限元与有限差分相结合的方法,依据ANSYS求解耦合场的间接耦合法,编制了计算程序,对拉挤工艺不同工况CFRP内部非稳态温度场进行数值模拟。采用专门设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤(FBG),排除了非温度应变的干扰。通过试验确定了FBG温度传感特性表征及FBG温度灵敏度系数值,保障了CFRP内部温度场实时动态检测的准确度。模拟与实验结果基本吻合,为取代传统试凑性实验,优化CFRP拉挤工艺提供了科学快捷的理论依据。      

大型结冰风洞蒸发器气流温度均匀性研究

大型结冰风洞气流温度均匀性直接影响风洞流场品质,而当前风洞温度场控制精度和均匀性不能满足低温高负荷试验工况要求。针对大型结冰风洞液氨蒸发器建立了一维流动换热仿真模型,采用出口气流温度对模型进行了验证。仿真结果表明蒸发器器出口气流温度随着换热器高度由高至低逐渐升高,与试验变化趋势一致。换热器各模块存在高度落差,使得各模块管内氨液蒸发压力和流量差异较大,导致蒸发器后气流温度场不均匀。基于仿真模型,研究分析了风洞试验高度、气流速度以及入口气流温度对蒸发器后气流温度场的影响,提出了使用进液阀和回气阀进行风洞蒸发器后气流温度场均匀性调节的方法。     

双面美卡高强度AB楞纸板边压和耐破强度试验研究

目的研究温湿度对双面美卡高强度AB楞纸板边压和耐破强度的影响。方法按照国家标准并结合实际确定测试方案,试验温度为-20~40℃,相对湿度为40%~90%,其中温度每隔10℃、相对湿度每隔10%为1组实验。HT-8045A可程式恒温恒湿机在温度低于15℃时的相对湿度为50%不变,因此选定22个温湿度点进行测试研究。结果获得了22个温湿度测试点上相应的边压强度和耐破强度,并用Origin软件绘制实验数据曲面,得到了纸板边压和耐破强度随温湿度的变化规律。温度变化对边压强度影响不大,相对湿度为40%~70%时最大相对误差不超过7.34%。温度变化对耐破强度影响不大,相对湿度为40%~90%时最大相对误差不超过11.83%。结论在进行瓦楞纸箱包装设计时应考虑运输和存储环境湿度对纸板强度的影响。