舰载直升机旋翼迎风面防护技术研究进展

舰载直升机是舰载飞机的重要组成部分,但受到舰基恶劣腐蚀环境和旋翼振动载荷的双重作用,直升机旋翼迎风面的损伤成为制约飞行任务顺利进行的重要影响因素。针对该技术难题,概述了某型直升机旋翼迎风面出现的腐蚀现象,从装备维护角度出发,系统归纳了腐蚀发生的原因,并分析了国内外针对此类问题采用的不同腐蚀防护措施及优缺点。在此基础上,提出了对于直升机旋翼迎风面的防腐工作目前面临的挑战及未来研究方向。     

用于直升机舱内降噪的主减支撑吸振技术研究

目的 通过控制主减速器结构声,进一步实现直升机舱内降噪。方法 在主减支撑结构上进行吸振设计,从根源上抑制齿轮振动向机身传播。基于某直升机,利用传递矩阵法,建立支撑结构/吸振器的动力学模型,进一步结合有限元法建立支撑结构/舱段结构/声场的声振耦合系统动力学模型,验证该技术的中高频减振和降噪性能。在此基础上,分析吸振频率、质量和阻尼对支撑结构振动传递特性的影响规律。根据某直升机的降噪需求,设计得到一组满足需求的样例参数,并开展声振耦合仿真分析。结果 在主减支撑结构上附加总质量为4 kg的吸振器结构,即可实现舱内目标频率降噪超过35 dB。结论 主减支撑结构吸振设计可有效控制舱内中高频主减结构声。     

油田用双金属机械复合管失效原因分析与对策

目的 分析研究双金属机械复合管的失效原因,并提出改进措施。方法 对比说明双金属机械复合管几种常见的典型制造方法及其优缺点,介绍应用中典型传统焊接工艺焊接的环焊缝腐蚀剌漏或穿孔、环焊缝开裂、内衬塌陷或鼓包以及爆管等常见的失效形式,利用现场应用的失效实例、统计数据和室内检测结果,分析这些失效类型的原因,并提出针对性建议或措施。结果 双金属机械复合管几种典型的制造方法各有优缺点,但其产品的内衬与基管的结合力均较小。造成其管材失效的主要原因有高压、高温、含CO2/Cl^–腐蚀介质、封焊结构、焊接工艺、外防腐层施工、应力腐蚀或电偶腐蚀等。根据现场应用实践,提出并应用了管端堆焊结构、环焊缝用镍基合金焊材、增加内衬厚度和小管径等防止失效的建议或措施,取得很好的防护效果。结论 造成此类管材失效的因素有腐蚀、封焊结构、焊接、外防腐施工及应力腐蚀或电偶腐蚀等,可采取堆焊结构、镍基合金焊材、厚衬层和小管径等措施。     

桨叶的组合共振理论建模与分析

目的 对直升机单片桨叶在2个激励力下的组合共振进行理论研究。方法 桨叶以固定角速度旋转,视为旋转的细长悬臂梁,受2个不同频率的简谐激励力作用。首先基于哈密顿原理推导旋转梁控制方程,考虑几何大变形和非线性惯性。其次对方程无量纲化,并采用伽辽金法对控制方程进行离散,最后使用摄动法中的L-P法(Lindstedt-Poincare method)对无量纲方程进行求解。结果 获得了组合共振产生条件,同时得到了组合共振下的稳态幅频响应和相应的时间历程图。进一步获得了超谐波/次谐波共振与组合共振同时发生的条件,并对组合共振进行了参数分析,探索了各个激励频率成分、阻尼和激振位置等对组合共振的影响。结论 当2激励力满足2Ω1±Ω2=ω0、2Ω2±Ω1=ω0或1/2(Ω1±Ω2)=ω0其中之一时,旋转梁可能发生组合共振。组合共振响应中,自由振动成分占主导,存在超谐波共振时,组合共振振幅得到进一步增强。     

某型直升机机体结构关键件涂层耐久性评估

目的 评估某型直升机机体典型结构关键件涂层在内陆温和地区的耐久性,支撑机体总日历寿命延寿工作。方法 对某型直升机大修周期机体结构关键件涂层进行目视检查、涂层光泽度检查和电化学交流阻抗检测,对比分析检测数据,分析机体结构关键件涂层耐久性的影响因素,判定涂层的耐久性。结果 某型直升机机体结构关键件涂层的耐久性较好。失光率检测中,平均失光率为37.8%,整体失光率较小。电化学阻抗检测中,平均电化学阻抗模值为5.58×10⁷ Ω.cm²,未失效,涂层能够有效保护机体结构关键件免于腐蚀环境破坏。结论 大修周期内,某型直升机机体结构关键件涂层的耐久性好,少数区域涂层因光照、磕碰等,耐久性部分程度受到影响,机体结构关键件涂层受温度、湿度、盐雾浓度等的影响较小。     

某车载油箱在随机振动环境下的疲劳寿命研究

目的 针对某车载油箱高周疲劳寿命难以预测问题,研究该设备在随机载荷环境下的疲劳寿命。方法 首先通过模态试验得到油箱固有频率及振型,然后利用Solidworks建立该车载油箱的仿真模型,在ANSYS Workbench软件中进行模态分析、随机振动分析、谐响应分析。最后利用ANSYS Workbench软件中的nCode SN Vibration (DesignLife)模块,在随机振动疲劳寿命频域分析法基础上,通过nCode模块中的Narrowband法进行油箱在多个加速度功率谱密度下的疲劳寿命研究。结果 该油箱在约束模态试验和仿真分析下所表现的动力学特性基本相同,油箱纵向为振动严酷方向。在已知加速度功率谱密度下,油箱疲劳寿命随低阶固有频率处功率谱密度幅值的增加而降低,但油箱薄弱部位始终保持不变。结论 建立的仿真模型准确,可为油箱优化设计及后续油箱疲劳试验提供参考。     

民用飞机实验室APU开车高温尾气排放影响因素分析

目的 对民用飞机APU在气候实验室内开展极端气候环境下的起动和工作试验,建立一种APU高温尾气安全排放方法。方法 用CFD仿真手段对采用排气管道将APU高温尾气排出气候实验室的可行性及影响因素(包括管道直径、距离、背压等)进行系统性分析研究。结果 气管道入口距离APU管道出口过近时,将有利于APU排气,引射比ε与排气管道出口压力Pex及排气管道直径D线性相关,排放温度tex与管道直径D成反比。在排气管道入口设置平滑收敛段,利于消除涡流,减轻负压程度,并在一定范围内提高引射比。结论 采用管道被动排气是可行的,合适的排气管道设计为D/d=2.0,L/d=1.5,并在管道入口设置平滑收敛段。     

底盘发动机排烟管高温涂料耐腐蚀性能对比分析与应用

目的 针对底盘发动机排烟管在某海洋大气环境中腐蚀防护难度大的问题,对4种高温涂料进行耐腐蚀性能对比分析与应用。方法 分别采用试片高温试验、户外暴露试验和排烟管实装实地验证等方法对3种改性有机硅、1种无机硅酸盐共4种高温涂层的耐高温、耐腐蚀性能及应用效果进行测试与分析。结果 高温涂层试片的高温试验、户外暴露试验结果表明,3种改性有机硅涂层600 ℃的耐高温性能、耐腐蚀性能优于无机硅酸盐涂层,但试片经600 ℃高温烧蚀后进行户外暴露试验的结果表明,石墨掺杂有机硅涂层耐蚀性优于其余3种涂层,无机硅酸盐涂层优于氟树脂改性有机硅、环氧改性有机硅涂层。排烟管实装实地验证试验则表明,石墨掺杂有机硅涂料受到高温氧化、降水冷却、常温腐蚀等频繁交替作用下,腐蚀较快,氟树脂改性有机硅涂层的防护性较好,环氧改性有机硅涂层在高温区域腐蚀明显,无机硅酸盐涂层中锌粉和铸铁基体存在明显腐蚀。结论 相对于传统的银粉漆,4种高温涂层显著改善了排烟管的腐蚀防护性能。在上述4种试验条件下,4种高温涂层的耐高温、耐腐蚀等性能各有优劣,需要根据4种涂层各自的性能不足进行改进。在实际工况条件下,氟树脂改性有机硅耐涂层满足发动机排烟管在某海洋大气环境中不低于1 a免维护的使用要求,其他2种有机硅涂层、1种无机硅酸盐涂层则需要一定程度维护。     

某型装备用硅橡胶密封圈热氧老化试验与寿命评估

目的 研究某型装备用硅橡胶密封圈在温度影响下的性能退化规律,并进行寿命评估。方法 采用热氧老化加速试验方法,试验过程中模拟橡胶密封圈径向承压状态,通过强化温度试验条件,在90、100、110、120 ℃条件下对硅橡胶密封圈进行加速老化试验。以压缩永久变形率作为参数,对试验后的性能检测数据进行分析与处理,结合Arrhenius模型,以硅橡胶(径压)密封圈压缩永久变形率分别达到10%、20%、30%、40%和50%为密封圈失效临界值指标,外推常温25 ℃时硅橡胶密封圈寿命。结果 加速老化试验后,硅橡胶密封圈的压缩变形率逐渐下降,且温度越高,其压缩变形率下降越快。硅橡胶(径压)密封圈在25 ℃条件下,压缩永久变形率达到10%、20%、30%、40%和50%的贮存寿命分别为1、2.9、5.6、9.1、13.8 a。结论 温度是造成硅橡胶密封圈性能退化的因素之一。文中的试验方法和数据处理方法能有效评估〇型密封圈的寿命。     

原子氧作用下聚合物薄膜材料表面形貌变化研究综述

原子氧作用造成航天器用聚合物薄膜的表面形貌发生显著变化,服役性能下降。基于此,从试验和仿真2个方面对相关研究进行了综述,总结了聚酰亚胺薄膜粗糙度及透过率随原子氧通量的变化,发现随累积通量增加,薄膜表面粗糙度增大,造成其透过率下降,但变化规律仍不清楚。对改性聚酰亚胺薄膜、其他聚合物薄膜及空间环境协合效应下聚合物薄膜的形貌变化进行了分析,分析了原子氧与聚合物材料作用仿真方法,对原子氧掏蚀形貌仿真结果进行了总结,指出了聚合物薄膜形貌变化机理研究中的关键科学问题。     

有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析,结合模态试验修正了有限元模型。由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法

目的提出一种综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法。方法利用提出的综合疲劳强度因子Kz考虑应力集中、尺寸和表面状态等因素对疲劳强度的影响,结合S-N曲线方法,采用Goodman方程进行平均应力修正,采用Miner定理进行疲劳损伤累积,提出一种适用于机械结构的疲劳寿命预测方法。结果对一种复杂结构螺旋弹簧进行了位移控制的恒幅和变幅台架试验,并利用弹塑性有限元分析获得了关键危险点位置的应力响应历程。利用台架试验的寿命结果对提出的方法进行了验证,预测误差在2倍因子以内。结论提出的方法可以较好地预测机械结构的疲劳寿命。     

焙烧炉筒体结构强度有限元分析

对焙烧炉筒体结构进行有限元建模仿真,考虑热应力、压力和重力对筒体结构受力的影响,计算了焙烧炉关键部位的蠕变疲劳寿命,同时探究进气温度、保温层及对流系数等参数的影响。结果表明:热应力是影响结构强度的关键因素;焙烧炉筒体在许用蠕变变形量为5%的情况下,其使用寿命超过设计寿命;在筒体加热过渡段铺设保温层,降低与外界空气对流和提高进气温度,有利于降低筒体应力。     

T型槽密封结构的有限元分析及试验验证

目的通过有限元分析,实现T型密封结构的优化设计。方法利用ABAQUS建立液压系统用T型槽密封结构的二维轴对称模型,分析计算密封结构中过渡圆角、槽宽、倾斜角度等对密封圈应力分布、接触应力的影响,通过设计密封圈老化寿命试验,验证分析结论。结果随着过渡圆角(R0.5～R2)的增大、倾斜角度(10°～3°)的减小,密封圈的局部应力最大值和接触应力均减小。随着槽宽(10～18mm)的增加,密封圈的局部应力最大值逐渐增加,接触应力逐渐减小。分析用密封结构的接触应力均大于密封介质压力0.7 MPa。最终通过试验证实了分析用密封结构均满足密封性能,且不合理的设计会降低密封圈寿命。结论在密封介质压力较小的情况下,建议选用较大的过渡圆角(推荐值为R2),较小的倾斜角度(推荐值为5°～6°)及槽宽(推荐值为密封圈截面直径的1.2～1.5倍)。     

薄板深拉延成形有限元仿真

板材成形有限元仿真采用虚拟制造技术反映模具与板材之间的相互作用以及板材实际变形的全过程,有助于推动生产的快速化和设计的智能化。汽车企业通过对板材成形过程的有限元仿真可确定钢板性能参数范围和冲压工艺参数范围,以保证生产的稳定性。采用动力显式有限元软件LS-DYNA,对上海宝钢St14-T冷轧薄板的深拉延成形过程进行了仿真计算,分析了变形过程的金属流动规律。     

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大;冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧;随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高;随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

基于多级有限元方法的导弹武器定寿延寿研究

提出了多级有限元的概念,将导弹结构定寿延寿工作划分为3个有限元分析步骤进行,在有限元分析的过程中考虑了导弹结构原始状态、老化缺陷状态及修理/换件的影响,对导弹结构强度及剩余寿命进行了科学准确的评判.利用该理论对含有老化和裂纹等损伤因素的药柱结构质量状态和对出现的裂纹损伤进行修复的效果进行了评价.结果表明,该方法科学合理...     

钢筋混凝土梁裂缝宽度的有限元分析

文章根据所做试验情况,对钢筋混凝土梁的裂缝宽度进行了有限元模拟.有限元分析结果与试验结果吻合良好.说明有限元分析在某种程度上可以代替试验对钢筋混凝土梁裂缝宽度进行研究分析.     

机翼槽型梁腹板损伤的有限元分析

以圆孔损伤和裂纹损伤为例,在采用全机有限元模型的基础上模拟受损槽型梁腹板的承载能力,给出了损伤尺寸与残余过载之间的定量关系;证实了当损伤出现在槽型梁腹板等受剪板上时,量取损伤尺寸的方向应垂直于第一主应力方向的结论。这些结论为确定受损槽型梁腹板在不修理的情况下具备多大承载能力提供依据。     

基于温度循环失效机理的铝制金属密封圈疲劳寿命仿真

目的 解决真空法兰密封中的金属密封圈寿命难以预测的问题.方法 基于金属密封圈的失效机理,提出一种疲劳仿真方法 ,对金属密封圈的使用寿命进行有效预测.通过有限元仿真方法 对金属密封圈安装过程及其使用过程进行仿真模拟,得到金属密封圈使用过程的应力分布,然后结合Conffin-Manson疲劳模型,对金属密封圈的使用寿命进行...