异型螺杆数学模型与数控加工技术研究

本文给出了几类异型螺杆的数学模型 ,并对异型螺杆的数控编程方法及数控加工工艺进行了研究 。

固体火箭发动机碳基材料喷管热化学烧蚀特性

为了准确预示固体火箭发动机碳基材料喷管的烧蚀率,依据热化学烧蚀理论,建立了喷管传热烧蚀的二维轴对称气-固-热耦合计算模型,计算通过FLUENT壁面化学反应模型完成,无需事先假设烧蚀控制机制。针对70-lb BATES发动机喷管进行了烧蚀计算,研究了推进剂配方、氧化性组分、燃烧室压强对喷管烧蚀的影响。结果表明:烧蚀率计算值与试验测试值吻合较好;烧蚀率分布遵循喷管内壁热流密度分布规律,在喉部上游入口处达到峰值;烧蚀率随推进剂Al含量增加而降低,随燃烧室压强升高而近似正比例增大;H2O是决定烧蚀的主要氧化性组分。

航空发动机薄壁件铣削加工动力学研究进展

铣削过程中引起的加工变形和切削振动是影响航空发动机薄壁件加工精度与质量的主要因素,通过分析加工过程中工件的动态响应特性,从切削动力学角度,基于知识型数控加工过程仿真成为航空发动机薄壁件颤振抑制的一种灵活通用的物理仿真方法。目前,关于航空发动机薄壁件的动力学物理仿真研究主要包括航空发动机薄壁件铣削力建模与试验方法研究、铣削动力学建模和铣削动力学模型仿真与工艺参数优化。

基于BP神经网络模型的柔性喷管动力学仿真

为实现柔性喷管模型在不同摆动振幅、摆动频率、工作压强下更为精确的位置精度控制,基于BP神经网络模型,构造了电液伺服机构-神经网络模型,对柔性喷管摆动迟滞曲线进行模拟,并与实验结果及其它物理模型进行对比。研究表明:电液伺服机构-神经网络模型对迟滞曲线的预测结果与实验结果相吻合,具有很好的仿真精度和泛化能力,为柔性喷管的控制系统设计提供较精确的喷管动力学模型。

薄壁结构加工误差预测与控制研究进展

薄壁结构因质量轻、比强度高被广泛应用于航空航天领域,但因其结构复杂、刚性弱、材料去除率高等特点,铣削加工的零件成品容易出现形位误差,严重影响其使用性能,因此对薄壁结构加工误差的控制具有重要现实意义。通过对薄壁结构加工特点进行分析,总结薄壁结构加工误差来源;根据加工误差来源介绍了薄壁结构不同类型的加工误差,即装夹定位、切削负载、切削振动、机床误差、残余应力以及多工序加工引起的加工误差;然后从这6个方面总结归纳薄壁结构加工误差的预测模型和控制方法;最后阐述了薄壁结构铣削加工误差控制方法的当前挑战和未来发展趋势。

电推进粒子网格法模拟中计算加速方法的研究综述

粒子网格法(PIC)模拟电推进装置等离子体时具有很强的第一性,但是模拟过程中计算负载很大,故PIC模拟的计算加速方法不可或缺。本文从电推进装置基本性质、低温等离子体物理特性和PIC算法特点作为切入点,明确了PIC方法在电推进装置模拟过程中计算负载高的原因;结合国内外的研究现状,从建模、时空尺度、算法与并行三个层面介绍了对应计算加速方法的原理和效果;对各类计算加速方法进行了总结和展望。

锥度球头刀加工钛合金TC4表面粗糙度建模

高性能商用航空发动机大型复合材料风扇叶片高速旋转时存在分层开胶风险,需要在其前缘通过胶结工艺装配钛合金TC4前缘金属加强边予以保护,而胶结性能受到装配表面粗糙度影响较大。本文针对钛合金TC4前缘金属加强边内腔加工表面粗糙度,以主轴转速、每齿进给量和轴向切深为设计因子,分别开展4种细长锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4试验,测试已加工表面粗糙度。基于测试的样本数据,分别针对4种细长锥度球头刀建立加工表面粗糙度的经验模型。结果表明,主轴转速增加,直径为5.0mm时,表面粗糙度大幅降低,直径为3.0mm时,表面粗糙度却有所增加;主轴转速、每齿进给量增加时,直径4.0mm、2.4mm的锥度球头刀加工的表面粗糙度没有较大变化。随着轴向切深增加,4种直径的刀具加工的表面粗糙度均大幅增加。

基于三维粗糙度的多向CFRP铣削加工刀具切入角度的优化方法研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)因其优良的力学性能,被广泛应用于航空航天领域。CFRP的应用在保证飞机刚度强度的前提下,有效地提高了飞行性能,减轻了飞机重量,从而达到了节能减排的目的,提高了航空工业的经济效益。CFRP属于典型的难加工材料,为了保证结构件在多个方向具有一定的承载能力,航空发动机工业中一般采用CFRP多向铺层,这就使得材料的各向异性及不均匀性更为复杂。本文对CFRP单向层合板和两种CFRP多向层合板的铣削加工断裂机制进行了分析,发现CFRP铣削加工时,不同的纤维方向角对断裂机制有较大的影响从而导致了不同的表面质量。其中,弯曲断裂会导致表面质量急剧下降,应尽量避免,并且不同角度下的弯曲断裂的表面质量也具有一定差异。基于此,提出了多向CFRP铣削加工时的刀具切入角度优化方法,并通过试验验证了该方法的合理性,该方法可以有效提高某型号发动机的第一级复合材料风扇叶片的加工质量。

整体叶盘数控加工技术研究

整体叶盘是高推比航空发动机采用的新结构。分析了国际同类整体叶盘制造技术,提出了一种整体叶盘复合制造工艺方案及五坐标数控加工的关键技术,包括叶盘通道分析与加工区域划分、最佳刀轴方向的确定与光顺处理、通道的高效粗加工技术、型面的精确加工技术、加工变形处理和叶片与刀具减振技术等。给出了该研究成果在预研型号中的应用实例,证明了所提方法的先进性和有效性。

开式整体叶盘四坐标高效开槽插铣工艺方法

整体叶盘的加工余量主要是在其通道开槽粗加工阶段去除的,提高通道开槽切削效率是实现叶盘高效加工的关键。根据开式整体叶盘通道的结构特点,提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法。通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近,确定叶盘通道粗加工区域,给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。该方法有效解决了直纹面逼近的曲面边界问题,并通过对叶片偏置面的直纹逼近从根本上避免了刀位轨迹计算时误差的产生。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用四坐标插铣方式切削力可降低60%,粗加工效率可提高1倍以上。

钛合金整体结构件高效插铣工艺实验研究

针对钛合金整体结构件粗加工的插铣和侧铣工艺,从切削力、切削稳定性、切削温度等方面进行了切削实验和分析对比。实验结果表明,在相同切除率条件下,插铣的轴向切削力略大于侧铣的轴向切削力,而插铣作用力仅为侧铣的1/3;随着切削深度的增加,插铣刀具的振动比侧铣刀具的振动小,且切削过程稳定;插铣的切削温度要比侧铣的切削温度低。最后,以TC4钛合金整体叶盘通道开槽为例,进行了插铣验证。验证结果表明,插铣切削过程稳定,效率比侧铣提高了近1倍,刀具成本仅为侧铣的13%。

TC11钛合金插铣工艺切削参数选择方法研究

为了优化TC11钛合金插铣加工的切削参数,采用三因素四水平正交实验法进行了插铣实验,建立了插铣过程中切削力和切削温度的经验公式,分析了插铣参数对切削力及切削参数的影响规律。基于此规律以及刀具许用挠度,提出了铣削速度、每齿进给量和铣削深度的选择方法。结果表明:铣削深度对切削力影响最大,而铣削速度对切削温度影响最大;插铣参数选取原则是在刀具材料允许下取较大铣削速度,适中的每齿进给量,最后根据刀具挠度选择合适的铣削深度。最后在根据此原则选择的插铣切削参数条件下,材料切除率达到了25.1 cm3/min。

航空发动机机匣数控加工变形控制方法

机匣加工变形控制涉及到加工过程中的各个环节以及彼此之间的相互影响。本文基于有限元仿真分析，提出了一种机匣类零件数控加工变形控制方法，最终通过加工实验验证了变形控制方案的有效性。

开式整体叶盘通道侧铣粗加工技术的研究

整体叶盘从锻造毛坯到最终零件加工成型,需要切除大量的多余材料。本文提出了一种开式整体叶盘通道区域五坐标粗加工刀具轨迹规划方法。该方法通过生成整体叶盘薄壁叶片的直纹包络面,以确定叶盘通道粗加工区域的边界轮廓;基于直纹面五轴侧铣加工刀具轨迹双点偏置生成方式,利用投影法规划开式整体叶盘通道区域粗铣加工的刀心点轨迹与刀轴矢量方向。加工实践表明,开式整体叶盘的粗加工效率提高30%以上,同时,显著优化了后续半精加工和精加工工序的环境。

可变比冲磁等离子体火箭原理与研究进展

介绍了VASIMR的基本组成(螺旋波等离子体源、离子回旋共振加热系统I-CRH、磁喷嘴)及工作原理。可变比冲磁等离子体火箭(VASIMR)是一种基于可控核聚变思想发展的先进高功率电推进方式,具有高比冲、比冲可变等特点。通过分析系统的效率及关键技术,指出VASIMR研制最关键的问题是研制高性能的螺旋波等离子体源和提高ICRH的效率等,最后评估了VASIMR在空间任务中的优势。

五坐标数控机床后置处理算法

根据五坐标数控机床的运动形式 ,将其归结为三种基本形式。本文针对五坐标数控机床的三种基本形式 ,研究了五坐标数控机床的后置处理算法。

离子发动机羽流二维轴对称数值模型与验证

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析.结果表明:在CEX离子密度大小及分布、电势的大小及最大电势梯度的位置、CEX离子流动角方面,模拟结果同实验结果符合得相当好.在电势结构方面,由于舱壁电势的影响,模拟结果同实验结果相比有一些差别.羽流模型和计算结果为相关羽流实验和数值模拟研究提供参考.

TC11钛合金插铣参数对表面温度影响研究

TC11钛合金高效插铣过程中切削温度对试件表面质量和加工刀具的磨损有着重要的影响,而插铣铣削工艺参数是加工温度产生的主要因素之一。针对TC11钛合金高效插铣过程中工艺参数对表面温度的影响问题,基于红外成像温度测试原理进行了表面温度测试实验与分析研究。面向铣削速度、每齿进给量和铣削深度三因素,设计了正交试验方案,基于综合平衡的分析方法进行了实验数据的统计处理,给出了铣削参数对钛合金试件表面温度的影响规律。研究表明:在实验参数范围内合适的插铣参数为铣削速度113.1 m/min、铣削深度为5 mm、每齿进给量为0.09 mm;试件铣削表面温度在256℃左右。

离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀的粒子模拟

为研究离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀速的特征及影响规律,采用单元内粒子——蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法,结合溅射腐蚀模型,模拟了栅极间束流离子及交换电荷(CEX)离子的分布情况,得到离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀情况及平均腐蚀率,为0.0176μm/h。进一步研究了工作参数和几何参数对其影响,并建立了适用于工程应用的加速栅极孔扩大腐蚀预测模型。结果表明,在影响孔扩大腐蚀率各种因素中,束流电流密度和中性气体密度的影响最大。因此,在离子发动机直径一定的情况下,提高放电室出口等离子体密度的均匀性及推进剂利用率,是提高栅极寿命的根本途径。

固体火箭发动机塞式喷管两相流场与性能分析

为了解固体发动机塞式喷管中两相流场的特点和性能的情况,采用欧拉-拉格朗日两相方法对二维全长塞式喷管的两相流场进行了计算。将纯气相流场和两相流场进行了比较,结果表明由于颗粒相的存在使气流的比热比减小,使得低空环境中,塞锥表面的压强峰后移;高空环境中,塞锥表面的压强会升高。大直径颗粒的运动轨迹受外界反压和塞锥气流变化的影响小,小直径颗粒的运动轨迹受外界反压变化和塞锥气流变化的影响大;在两相流性能方面塞式喷管与钟型喷管类似,微粒直径较大的情况下,塞式喷管的效率较低;塞式喷管的效率随着颗粒含量的升高而降低。