气动载荷对高速列车车体疲劳强度的影响

随着列车运行速度的提高,气动载荷对强度的影响越来越显著。为加强列车气动载荷强度,根据高速列车在线路运行实际情况设置了四种气动载荷工况:明线会车,隧道通过,隧道会车和侧风。利用空气动力学原理计算得到四种气动载荷工况的数值,将得到的数值施加到高速列车车体有限元模型上,进行气动载荷的静强度和瞬态响应分析。计算分析结果表明,四种工况下的静强度结果都小于车体材料的允许用的应力,最大位移变形均发生在车体底部;利用Fluent软件仿真获得列车在空旷地带以380km/h速度交会的气动载荷时间历程,接着在ANSYS软件中对车体完成气动载荷瞬态响应分析,得到气动载荷对车体结构强度的影响,为车体强度优化设计提供了参考。     

机翼气动结构耦合数值分析方法

针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台.该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节.算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题.     

基于分布式架构及PAC技术的风洞测试及控制系统设计

为准确分析飞行器气动载荷的实际变化规律,降低舱门、舱体类结构部件所受到的冲击载荷作用,设计基于分布式架构及PAC技术的风洞测试及控制系统。在Hadoop集群安装环境中,设置HBase加载模块,借助压电传感器结构与压力控制子回路,实现对加热器供气管路的指向性连接,完成风洞测试控制系统分布式架构集群的建立,解决飞行器舱门及舱体结构的气动载荷获取问题。以驱动性程序作为软件控制基础,将所有待处理的传感器信息及测试数据显示至相同控制界面中,实现对风洞测试控制信号的准确分析,完成基于PAC技术的风洞测试自适应控制研究。仿真实验表明,不断增大压电传感器所承受的气动载荷总量,在风洞测试控制系统的支持下,舱门、舱体所受的实际冲击载荷作用均下降至4000GB左右,能够满足缓解飞行器气动载荷压力的测试初衷。     

风洞旋转轴天平信号处理系统设计

螺旋桨滑流带来的复杂气动力影响目前只能在风洞试验中获得,为了准确测量气动力从而获得螺旋桨滑流的影响量,使用旋转轴天平直接与螺旋桨相连并高速同步旋转进行风洞试验;对旋转轴天平的试验原理、数据处理方法进行了深入研究,设计开发了风洞旋转轴天平信号处理系统;综合考虑了信号衰减、电磁环境等干扰问题,通过时钟背板触发启动采集,保证了信号采集的同步性,系统整体处理精度等指标都满足试验技术要求;还创新性地开发出了风洞动态数据连续测量技术,大幅提高了试验效率;经过多次风洞试验测试,实现了对旋转轴天平信号的调理、采集和处理功能,为高效率、低噪声的先进螺旋桨设计和涡桨飞机气动噪声设计提供了技术支持。     

风洞天平实时载荷监测方法研究

针对当前风洞天平应用环境越来越复杂,但却缺乏有效的安全监测手段的现状,提出了一种基于应力叠加原理的风洞天平实时载荷监测方法;首先,分析天平受力情况,基于工程经验、天平应力集中位置以及应变计粘贴位置等因素划分危险载荷监测区域;其次,基于有限元方法对天平进行网格划分,计算载荷监测区网格节点的应力影响系数;最后,结合天平六元信号输出实时计算载荷监测区的节点应力值,并与有限元理论计算结果和静态校准加载结果进行对比验证;验证结果表明,有限元理论验证准度优于0.02%,静态校准加载验证阻力元准度优于10%,其余5元准度均优于4%;证明本方法具有较高的计算准度,能够满足风洞天平实时载荷监测的使用需求,具有较高的实际应用价值。     

三维地效翼展向效应数值模拟

为研究地效翼的展向效应,利用FLUENT软件求解定常不可压N-S方程和标准k-ε湍流模型,对在地面效应下三维地效翼的流场进行数值模拟.首先,对给定面积和离地高度下不同展弦比的地效翼进行数值模拟;然后,对给定弦长和相对飞行高度下不同展弦比和带端板的地效翼进行数值研究.计算结果给出不同展弦比和带端板地效翼的气动特性曲线,揭示展弦比和端板对翼尖涡涡核位置和下洗角的影响规律.在地面效应下,机翼的展向效应更为明显,端板将进一步提高机翼的空气动力性能;翼尖涡的位置受地面影响向外移动,下洗角相应减小.研究结果为地效飞行器的设计与优化提供理论依据.     

250km/h卧车动车组间壁T形单元和弹性组件研发

为降低轮轨激励和气动载荷对250 km/h卧车动车组(Electric Multiple Unit,EMU)乘坐舒适性的影响,研发间壁T形单元和弹性组件,分析车体载荷工况,确定引起车体气动变形最大的载荷.利用三维仿真建模计算车体气动变形;以车体气动变形为边界条件,计算出车体与间壁T形单元固结时的节点反力;以节点反力为设...     

火箭结构气动载荷样条插值中的数据预处理

在运载火箭结构载荷精细化设计中,需要把三维流场压力载荷向结构网格等效转换,采用了薄板样条法和无限板样条法进行具有复杂表面火箭结构的载荷转换.针对应用中因线性方程组条件数巨大而导致解的误差较大、薄板样条法与无限板样条法插值的选择和火箭表面某些外形突变处插值误差较大的三个问题,提出了对插值点和待插值点的坐标进行预处理、使用平面度判断方法和智能判断算法三个预处理方法.运用上述方法后线性方程组的条件数大大降低,压力突变处插值误差大大减少,最终使转换前后合力和合力矩偏差在可接受范围内.以上处理方法的应用有效地防止计算出错,提高了计算稳定性和载荷转换精度,增强了火箭结构三维气动载荷计算的工程可实施性.     

参数耦合下风力发电机叶片机械颤振检测研究

受气候、风速等因素影响,会使风力发电机叶片的运行条件发生较大变化,增加了颤振检测的难度。为此,该文提出参数耦合下风力发电机叶片机械颤振检测方法。建立风力发电机叶片结构模型,推导结构动力学方程,并利用优化后的参数耦合算法对其求解,获取非稳态气动载荷,通过动力学模型反馈得到叶片的结构响应和振动情况;构建非稳态气动降阶模型,采用能量法分析叶片的结构响应与气动载荷的时域或频域,计算能量交换角度,确定叶片的颤振程度,实现颤振检测。实验结果表明,该方法气动阻尼系数计算结果准确、检测正确率高、计算时间短。     

翼稍装置对翼尖涡耗散的影响研究

针对不同安装角的情况下翼梢小翼对翼尖涡耗散问题,利用thin-cut技术生成六组非结构网格,采用SST k-omega湍流模型与三维雷诺平均N-S方程对不同安装角度的翼梢小翼与未安装翼梢小翼的机翼进行模拟仿真与数值计算,得到了距离机翼不同距离区域翼尖涡的涡量分布云图.研究表明,翼梢小翼通过生成正向涡旋与翼尖涡相互作用降低翼尖涡的涡旋强度,合适的翼梢小翼安装角度能大幅度提高翼尖涡耗散效率,减小翼尖涡的危害,提升民航运行效率.     

基于CFD的靶机外挂曳光管气动特性研究

亚音速靶机机体上挂载曳光管增强其红外特性，以满足其作为地空导弹武器系统性能验证的载体需求。不同的挂载方式会对靶机气动特性产生严重影响，限制了靶机的使用。以某型亚音速靶机为研究对象，采用计算流体力学的方法，对曳光管不同挂载方式下靶机气动特性进行分析，研究不同高度条件下曳光管挂载前后、不同挂载数量、不同挂载方式下靶机气动特性的变化规律，从而获取曳光管最优挂载方式。研究结果表明：靶机挂载曳光管后其气动阻力显著增加，且气动阻力随着曳光管挂载数量的增加而增大，翼尖挂载对靶机气动阻力的影响小于翼下挂载。上述研究结果能够为靶机挂载曳光管等外挂设备提供一定的理论指导和数据支撑。     

基于方位角权系数分配的独立变桨距控制

风力发电机组功率不断提升,风机桨叶随之增大,风机在额定风速以上运行时,桨叶所受气动载荷逐渐增大,为风机安全运行埋下了隐患,因此希望减小这一载荷。针对这一问题,在充分分析风电机组结构及其运行规律的基础上,依据空气动力学原理,提出了一种基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制方法。同时,针对风机输出功率要求稳定的目标,设计了一种模糊-PID控制器。仿真结果表明,风机在高于额定风速以上运行时,这种模糊-PID控制下,基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制策略,可以改善风机输出功率并有效地减小桨叶气动载荷。     

MSC Nastran优化功能在结构强度设计中的应用

对某型飞机机翼主梁,以MSC Patran、 MSC Nastran为基本工具,对其结构进行优化设计. 优化后的结构重量、梁缘条面积、梁腹板厚度满足工程实际要求;通过有限元分析,翼尖扰度也满足变形要求.     

埃克特参考温度法的气动加热系统研究

飞行器在高速飞行过程中产生的气动加热会对飞行器结构的刚度特性产生影响,从而可能导致飞行器性能下降甚至结构破坏;进行地面模拟结构热试验对研究飞行器的热载荷、热防护等气动加热的诸多问题意义重大;文章研究马赫数为2～4的气动加热地面模拟系统的模型、系统结构及控制方法,采用埃克特参考温度法推算出给定热流,与反馈热流比较,实现对地面模拟结构热试验系统的闭环控制;文章还研究了系统模型的辨识方法,采用遗传算法寻优系统的PI参数,并进行了两温区的平板气动热试验,一号温区最大误差1.8%,二号温区最大误差2.7%。     

阿诺德工程发展中心（AEDC）的动态试验吊丝悬挂系统的设计

本文概述用于飞行器虚拟飞行试验的一种风洞吊丝悬挂系统的设计。该试验设备使用户能在风洞中试验导弹的动力学特性及飞行控制和导航性能，因此可降低后续飞行试验的成本和风险。吊丝悬挂系统将利用6根钢索支承一个导弹模型。系统允许导弹模型作小摩擦力滚转、俯仰和偏航运动，同时，测量作用在模型上的气动载荷。气动载荷利用装在试验模型上的应变仪平衡装置来测量。试验系统中将配置一套液压执行机构来控制钢索和模型运动产生的弹性结构振动。本文介绍该试验设备的主要组成单元——平衡装置、轴承、液压系统、闭环控制系统和钢索。文中还介绍了本设计中用来研究结构动力学特性的实验设备。     

磁悬挂天平离散滑模变结构控制器的研究

磁悬挂天平作为一种新型风洞天平，在航空航天领域逐渐引起关注。针对磁悬挂天平常规的控制器很难克制吹风过程中强低频干扰的实际，运用滑模变结构控制理论设计了其控制器。悬挂实验表明，变结构控制器与常规的HD控制器相比，其快速性大为提高，并且具有较好的鲁棒性和适应能力，从而为进一步研究磁悬挂天平的数字控制打下基础。     

基于风洞试验的组合翼伞气动特性研究

以组合翼伞气动特性为研究对象,通过开展8m×6m直流开口式风洞试验对组合翼伞气动特性开展试验研究.对组合翼伞进行风洞试验气动特性研究,通过光测系统获取稳定状态下组合翼伞实际迎角,六分量天平测试系统获取气动力(矩),得到不同迎角下组合翼伞的气动力(矩)数据.通过本次试验探索柔性翼伞风洞试验方法,积累组合翼伞真实试验气动数...     

风扇/压气机动叶流固耦合特性分析

在叶轮机械的设计中,流固耦合效应对叶轮机气动性能与结构特性的影响较大.为提高航空发动机的性能,气压机的叶片要增长,负载随之增加,结构强特性也要进行优化.采用计算流体力学与计算结构动力学相结合的方法,通过三维线性插值与常体积转换两种不同的数据交换,用CFD与CSD计算之间的气动力与变形位移数据的相互传递,并对气动与结构计...     

磁悬挂天平的双环控制

以作者所研究的课题为背景,对磁悬挂天平的双环控制系统进行了详细的分析和设计,并对设计的结果进行了仿真分析,仿真结果表明磁悬挂天平的双环控制系统具有良好的动态性能.     

基于P SD光杠杆自平衡精密电磁天平的研究

提高电磁天平性能的关键是在一定质量下使横梁产生大的位移并对该位移量进行高精度检测,据此设计了一种基于PSD(位置敏感器件)光杠杆与横梁组件构成的位移传感器,并与电磁力传感器构成闭环系统,它可使传统的电磁天平的位移量得以进一步放大。与普遍使用在电磁天平中的硅光电池位移传感器相比较,采用PSD光杠杆的位移传感器具有测量精度高,结构简单,动态特性好等优点,优化了电磁天平的整体性能。基于上述方法研制了量程为210 g的电磁天平样机并对其进行试验研究,结果表明其系统总精度达0.003 2%。