Optimization of the Gas Generator in Composite Power System with Tip-Jet Rotor

The key and bottleneck of research on the tip-jet rotor compound helicopter lies in the power system. Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to numerically simulate the gas generator and rotor inner passage of the tip-jet rotor composite power system, studying the effects of intake mode, inner cavity structure, propellant components, and injection amount on the characteristics of the composite power system. The results show that when a single high-temperature exhaust gas enters, the gas generator outlet fluid is uneven and asymmetric;when two-way high-temperature exhaust gas enters, the outlet temperature of the gas generator with a tilted inlet is more uniform than that with a vertical inlet;adding an inner cavity improves the temperature and velocity distribution of the gas generator's internal flow field;increasing the energy of the propellant is beneficial for improving the available moment.

STUDY ON THE SiC_p./Al-ALLOY COMPOSITE AUTOMOTIVE BRAKE ROTORS

The SiCp/Al-alloy composite front brake rotors designed for Shanghai Santana cars were prepared by semi-solid stirring+liquid forging process. The composite brake rotors were subjected to dynamometer tests on a SCHENCK brake testing system, referring to TL110 standard of VOLKSWAGEN Co. The friction coefficient and thermal response during fade testing and the wear performance of the composite rotors were studied as the functions of various parameters such as braking pressures, initial speeds, initial temperatures, torque and decelerations, and were compared with those of conventional cast iron rotors. The results show that the properties of the composite rotors can achieve the requirements of commercial cast iron rotors. The results also show that the friction coefficients of the composite rotors under different braking conditions are within the deviation band specified by the TL110 standard, and the temperature rise of composite rotors is lower than that of cast iron rotors at the end of each fade stop. The wear resistance of composite rotors is higher than that of cast iron rotors. The friction mechanism and wear mechanism were analyzed.

THE ANALYSIS OF THIN WALLED COMPOSITE LAMINATED HELICOPTER ROTOR WITH HIERARCHICAL WARPING FUNCTIONS AND FINITE ELEMENT METHOD

In the present paper, a series of hierarchical warping functions is developed to analyze the static and dynamic problems of thin walled composite laminated helicopter rotors composed of several layers with single closed cell. This method is the development and extension of the traditional constrained warping theory of thin walled metallic beams, which had been proved very successful since 1940s. The warping distribution along the perimeter of each layer is expanded into a series of successively corrective warping functions with the traditional warping function caused by free torsion or free beading as the first term, and is assumed to be piecewise linear along the thickness direction of layers. The governing equations are derived based upon the variational principle of minimum potential energy for static analysis and Rayleigh Quotient for free vibration analysis. Then the hierarchical finite element method. is introduced to form a,. numerical algorithm. Both static and natural vibration problems of sample box beams axe analyzed with the present method to show the main mechanical behavior of the thin walled composite laminated helicopter rotor.

Design of Composite Dies for Motor Punching

This paper aims to design punching die of the stator and rotor. By analyzing and comparing, we determine the better processing program. Not only to ensure the precision and dimensional requirements, but also to improve efficiency. Through detailed analysis of the process, this paper determines the structure of two composite molds. The dimensions of its convex and concave die edge size and other parts are calculated and checked. Finally this paper completes the design of two molds.

芳纶纤维增强复合材料转子的有限元分析

转子是机械转动部件中的一种,存在于电动机、水轮机、风力发电机、飞轮储能系统等各种机电设备中。在飞轮储能系统中,转子的材料、形状等关键因素都会对系统的性能产生影响。文中以提高飞轮储能系统转子的转速为出发点,建立了复合材料转子的数字化模型,并且对芳纶纤维复合材料转子开展了有限元分析,确定了复合材料层数变化、过盈量变化等对轮毂和轮缘的径向应力、周向应力及转速的影响。数值模拟结果为芳纶纤维增强树脂基复合材料在复合材料飞轮中的应用提供了参考。

复合材料储能飞轮转子多环配合下的应力分析

分析了复合材料飞轮转子多环配合结构下的应力状态:考虑飞轮转子多环装配后的静态初应力、装配后的静态位移、工作状态下多环过盈配合的应力、复合材料轮缘纤维缠绕对应力的影响,建立了正交各向异性材料轴对称的飞轮转子理论模型,计算了离心力、环间配合压力作用下转子各环的径向和环向应力分布。分析了过盈量与转子各环应力的关系,确立了过盈量的选取准则。结果表明:随着过盈量的增大,金属转轴和金属轮毂间的应力会先减小再增大,复合材料轮缘间的应力会相应增大。

旋翼轴用Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的制备与摩擦学性能

针对国内航空传动系统翻修间隔时间短的不足,以硬质颗粒Al_(2)O_(3)和润滑材料PTFE作为微粒,采用电刷镀技术在旋翼轴常用过渡层金属材料T2紫铜片表面,制备Ni−Al_(2)O_(3),Ni−PTFE,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层,采用扫描电镜、显微硬度仪表征分析镀层微观形貌、元素含量分布及硬度;采用自制的销盘式摩擦磨损试验机对镀层试样进行摩擦磨损试验,探究镀层摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:随Al_(2)O_(3)颗粒含量的提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层表面微晶单元尺寸减小,硬度提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)显微硬度最大为236 HV,相比于Ni−PTFE复合镀层提升约66%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层结合了Al_(2)O_(3)和PTFE两者的优势,在具有减摩的同时,还具有良好的耐磨性能,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(1∶1)复合镀层的减摩性能最优,相比于Ni−Al_(2)O_(3)其摩擦系数降低约52%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)复合镀层的耐磨性能最优,相比于Ni−PTFE其磨损率降低约85%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的磨损形式主要是机械磨损,存在轻微的氧化磨损和黏着磨损,复合镀层表面微凸体的塑性变形可为摩擦表面提供润滑膜,其中PTFE是自润滑颗粒,Al_(2)O_(3)颗粒起到支撑与强化的作用,保护镀层免受磨损。

复合扰动模型的无人机自动配平装置结构设计

无人机平台加装作业设备的作动及飞行环境的干扰均会造成无人机重心的偏移,影响作业精度。提出一种复合扰动模型的自动配平装置稳定无人机姿态的方法,考虑气流扰动、无人机载荷变化等因素,进行了无人机俯仰角、滚转角、偏航角多目标的自动配平装置结构优化设计并对无人机稳定性展开试验验证。结果表明,与多旋翼无人机加装配平装置前相比,无人机俯仰角、滚转角、偏航角超调量分别减小11.6%、48.5%、34.5%,对应的姿态稳定时间分别缩短0.06s、0.07s、0.06s,无人机三轴方向的控制稳定度分别提高54.4%、69.5%、60.8%,解决了气流扰动及无人机载荷变化复合作用影响无人机飞行姿态波动的问题,确保了飞行的稳定性。这里提出方法可为复杂工况条件下展开作业的多旋翼无人机结构优化设计提供参考。

不同材料飞轮转子的储能特性对比及有限元分析

飞轮储能系统以其响应速度快和功率密度高等优点而受到业界广泛关注。为了分析不同材质的飞轮转子之间的差异,文中选取了钛合金、4340合金钢和环氧树脂-碳纤维复合材料作为研究对象。通过ANSYS Workbench有限元软件分析了飞轮所能承受的最高转速,并且对比了不同材质飞轮转子的储能密度和储能量;在相同的转速和尺寸下,分析了不同材质的飞轮旋转时的内部应力及形变的差异。分析数据表明:相同尺寸的飞轮转子,环氧树脂-碳纤维复合材料飞轮能承受的转速最高,储能密度最大,并且内部应力和形变最小;钛合金飞轮的储能量最大;4340合金钢飞轮虽然能达到较高的储能量,但其内部应力和形变量大,给飞轮运行安全性带来不利影响。实际应用中应根据不同材料飞轮的特点进行选择。

高速永磁电机新型磁性复合材料弹性模量预测

一种新型粉块层级转子结构可有效提高高速永磁电机转子强度。为了准确分析新型复合转子结构强度,需要准确预测转子复合磁性材料的力学性能。该文将新型磁粉胶膜复合材料看作由磁粉颗粒、界面和基体组成的三相复合材料,首先基于蒙特卡罗法构建了Abaqus-Python耦合的代表性体积单元参数化模型,然后依据细观力学等效三相球模型推导出界面层的弹性模量,最后基于虚功原理创建磁粉胶膜弹性模量有限元预测模型,并与拉伸试验结果进行比较分析,验证了模型的准确性。在此基础上,研究了细观结构和界面参数对磁粉胶膜弹性模量的影响规律,得到了磁性材料细观结构与力学性能的映射关系。

一种新型复合摆线转子泵设计

为减少摆线转子泵运转过程中出现的齿面磨损,使之适用于更恶劣的工况,提出一种新型复合摆线转子泵的设计方案。该新型转子泵的内转子齿顶齿廓和齿侧齿廓由两段圆弧复合而成,外转子的齿顶齿廓和齿侧齿廓由两段摆线复合而成。齿侧齿廓起到驱动作用,齿顶齿廓仅有密封作用。通过对比新型复合摆线转子泵和普通摆线转子泵的齿面滑动率和压力角发现,新型复合摆线转子泵的齿面滑动率变化更平缓、齿面滑动率绝对值更小、压力角范围更合理,可有效减少齿面磨损。对新型复合摆线转子泵的齿廓进行修形处理,还可进一步减小齿面磨损和运动阻力。

小型多旋翼无人机振动特性分析及改进

为改善某小型多旋翼无人机飞行试验中的共振现象,本文系统分析了该无人机的模态与谐响应振动特性,从机臂铺层结构出发,进行复合材料铺层方案的优化与改进。通过仿真计算结果可以发现,45°铺层角度正负方向与0°铺层位置的改变对于振动特性的影响极其微弱,可以忽略不计。但中性面的改变对频率和幅值的影响显著,中性面为0°铺层时,振动特性整体得到了明显改善。并且不同中性面方案均表现出随着0°铺层数量的增加,频率逐渐右移、幅值逐渐降低的规律。因此,为实现本型及类似构型多旋翼无人机振动特性优化,建议优先选择0°中性面铺层并合理增加0°铺层数量(3~4层为宜)。

低压涡轮转子WFL车铣复合加工工艺研究

针对低压涡轮转子现存问题,在数控加工工艺性分析的基础上,对车铣复合数控加工关键技术进行相关研究。首先,对低压涡轮转子的工艺性进行分析;其次,研究加工中的难点;最后,对于加工中出现的问题给出相应的解决方案,包括程序优化、工装改进、机加工过程中的变形控制等,以期为相关人员提供参考与借鉴。

大容量复合材料飞轮转子仿真与应力分析

大容量功率型飞轮储能系统是电力系统优质调频资源,采用高强度、低密度的复合材料制造飞轮转子是提升飞轮储能量的主要方法。本工作以大尺寸的复合材料飞轮转子为对象,在弹性理论基础上,推导出各向异性材料转子轮缘在高速旋转下的应力分布公式,并基于应力叠加原理得到了复合材料轮缘与金属轮毂过盈配合下的应力分析公式,给出了解析解;然后建立了复合材料轮缘与金属轮毂过盈配合的有限元分析模型,对转子应力分布进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了模型的合理性。最后针对过盈量对复合材料转子轮缘与金属轮毂接触面应力的影响,以及飞轮转子在给定转速下的变形对过盈量及接触面应力的影响进行了分析。

复合式高速直升机旋翼下洗流对机翼的气动影响分析

对复合式高速直升机的旋翼两侧不同强度下洗流对机翼的气动干扰分析,可以为类似构型直升机的气动外形设计及优化提供一定的参考。采用动量源方法对复合式高速直升机悬停及前飞状态的流场进行数值模拟,分析旋翼两侧不同强度的下洗流对机翼的气动影响,研究改变旋翼桨盘高度和机翼展弦比对气动特性的影响。结果表明:复合式高速直升机前飞时,随着旋翼桨盘的增高,两侧机翼升力差峰值减小,且峰值落在更小速度处;随着机翼展弦比的增大,两侧机翼升力差峰值减小,且在峰值后同一速度下,机翼越细长两侧升力差越小。

径向-轴向复合气隙外转子永磁电动机的新型磁路研究

基于永磁材料本身磁导率低的特点,通过变换铁心结构获得低磁阻磁路,达到提高外转子永磁电动机功率密度的目标。运用Magnet软件对现有表贴式永磁电动机磁路进行静磁场分析,验证了相邻永磁体互为对方磁路中的大磁阻及漏磁大的缺陷。通过比较永磁材料、铁心材料和空气的磁导率特性,创新设计了一款径向-轴向复合气隙磁路的外转子永磁电动机。用Magnet软件对创新结构进行了对比静态磁场仿真,将气隙处的磁通量密度显著提高了20%。该结构如获得应用,则能提高外转子永磁电动机的功率密度,且能实现外转子永磁电动机目标应用对象的轻量化。

民用航空发动机转子包容性适航要求及符合性方法研究

航空发动机转子包容性能够降低飞机损坏的概率,从而提高飞行的安全性,它是航空发动机结构设计的重要环节,也是适航审定重点关注的内容之一。本文从适航规章对于航空发动机包容性的要求出发,研究了与包容性相关的适航条款的发展历程,以及复合材料风扇叶片包容性的专用条件,从而确定包容性相关条款和专用条件的实质要求及符合性方法。最后,通过某型发动机的审查实例,说明满足包容性相关的条款和专用条件需要开展的符合性工作,为发动机制造商的包容性设计以及适航部门的包容性适航审定提供参考。

采用自适应神经网络观测器的旋翼无人机容错控制

针对共轴多旋翼无人机中容易出现电机故障和复合干扰的问题,采用自适应神经网络观测器设计了容错控制算法。首先,建立了包含电机故障和复合干扰的共轴八旋翼无人机运动模型;然后,通过神经网络来逼近复合干扰,并利用自适应律估计故障因子,设计了自适应神经网络观测器对系统状态进行估计;最后,针对姿态角回路和角速度回路设计了反步容错控制律,并利用滤波器对虚拟指令信号进行滤波,抑制了微分爆炸现象,实现了共轴八旋翼UAV的渐近稳定。实验结果表明:所提方法与自适应容错控制方法相比表现出了更优的稳定性和准确性,最大跟踪误差仅为0.1°,有效补偿了复合干扰和旋翼电机故障的影响,提升了无人机的飞行稳定性和容错性能。

偏心转子挤出机制备LCP/hBN复合材料的结构与性能

结合填充型导热复合材料分散效果以及力学性能较差的问题,以体积拉伸流变主导的偏心转子挤出机制备液晶高分子(LCP)/六方氮化硼(hBN)复合材料,研究hBN的含量对复合材料体系的微观形貌、热稳定性、导热性能、弯曲性能以及介电性能的影响。研究结果表明,偏心转子挤出机的强拉伸作用实现了hBN在LCP基体中沿熔体流动方向平行排列,以及填料在基体中优异的分散性和界面结合。并且,添加hBN后,显著提高了复合材料体系的热导率、热稳定性和弯曲模量,降低了复合材料体系的介电损耗,当添加少量的hBN时,复合材料体系的弯曲强度得到提高;当hBN含量为10%时,LCP/hBN复合材料体系的热导率为0.722 W/(m·K),为LCP的1.4倍,弯曲强度由116.70 MPa提升至137.57 MPa,弯曲模量由2343 MPa提升至4888 MPa。

Aeroelastic analysis and structural parametric design of composite rotor blade

Based on FEM theory,a method of dynamic analysis for hingeless rotors considering anisotropic composite materials is established.A parametric modeling method of composite blade with typical profile and high simulation degree for design is proposed.Through the finite element method,the profile characteristics of rotor blade can be obtained efficiently and accurately,and the synchronization of parametric design and finite element analysis of structural characteristics can be realized.Then a 23-degrees of freedom non-linear beam element is used to simulate the extended one-dimensional beam,thereby a nonlinear differential equation describing the elastic motion of the rotor is established.To obtain the crosssectional target characteristics of the blades,an inverse design method is proposed for cross-section components based on combinatorial optimization algorithm.The calculation and validation work show that the proposed model can effectively analyze the aeroelastic characteristics of general composite rotors.Further,the influence of cross-sectional parameters on the aeroelastic stability and hub loads of hingeless rotor is analyzed and some remarkable conclusions are obtained.