火箭橇滑块超声速、大载荷摩擦磨损失效机理

为了对超声速938 m/s、大载荷850 kg条件下0Cr18Ni9Ti火箭橇滑块的摩擦磨损失效机理进行分析,并揭示其磨损机理和硬度变化规律,选取某典型火箭橇试验后的滑块材料为研究对象,采用电子扫描显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪对滑块磨损后的表面微观形貌与磨损产物进行表征,使用维氏硬度计和金相显微镜对试样截面的组织结构和硬度进行了测试。研究发现,滑块表面主要发生了磨粒磨损和疲劳磨损,并在局部发生黏着磨损和氧化磨损,磨屑氧化生成的Fe 3O 4和沙砾等杂质填充和覆盖了磨损面的凿坑和沟槽;滑块纵截面方向1.6 mm厚度范围内,试样的硬度由外向内逐渐降低,同时,其发生晶粒细化并析出碳化物。结果表明,晶粒细化现象的出现和碳化物的析出说明磨损面温度在滑动过程中达到了材料的再结晶温度和相变温度,使得材料在滑动过程中的耐磨性严重下降。摩擦产生的高温使得滑块局部发生烧蚀,滑块在载荷和摩擦热综合作用下呈现多种磨损机制共存的典型现象,硬度沿截面方向呈梯度变化。

基于激光跟踪测量的火箭橇轨道精测技术分析

为满足火箭橇轨道高精度精调测量的要求,提出一种基于激光跟踪测量的轨道几何形位高精度测量方法.通过对轨道高低和轨向的偏差进行激光跟踪测量,以轨道CPⅢ控制网作为测量控制点,采用球坐标系和空间直角坐标系的换算原理以及基于布尔莎公式的不同空间直角坐标系换算原理,提出将激光跟踪测量坐标系转换到轨道空间坐标系的方法,并应用于某基地火箭橇轨道精调测量中.研究结果表明,采用此种方法可以满足火箭橇轨道设计要求的精调精度指标,可为火箭橇轨道以及高速试验轨道几何形位精调测量提供一种高效准确的静态测量技术.

火箭橇轨道系统有限元建模及振动特性研究

在火箭橇滑车试验中,滑车与滑轨之间的交互作用有可能激励出共振波,从而诱导滑轨共振并对其轨道系统造成危害。本文建立了火箭橇轨道系统的有限元模型并分析了其振动特性,得出了谐响应曲线、共振频率及pinnedpinned振动频率,明确了可能导致滑轨共振和pinned-pinned振动的滑车运行速度,为避免滑轨发生断裂破坏提供了理论支撑。

激光跟踪仪在火箭撬滑轨轨道安装中的应用

火箭撬试验滑轨是一种大型地面动态模拟试验设备,火箭撬试验对滑轨的直线精度要求达到一百万分之一,因此对火箭撬滑轨的安装调试提出了极高的要求。传统的全站仪及电子水准仪很难满足火箭撬滑轨对安装测量的精度要求,而激光跟踪仪的快速发展为高精度的直线测量提供了条件。本文运用激光跟踪仪对我国新建长达9 km的某火箭撬滑轨的轨道安装进行测量调试,现场试验表明激光跟踪仪完全满足对轨道安装的精度要求,对以后拓宽激光跟踪仪在工程领域的应用奠定基础。

基于智能型全站仪的火箭撬滑轨平面平顺性测控技术研究

鉴于火箭撬滑轨的精密测控需求以及高精度智能型全站仪在高速铁路轨道控制网测量和轨道平顺性测控中的成功应用,本文提出了一种使用智能型全站仪在火箭撬滑轨两侧建立平面控制网,并采用多控制点后方边角交会测量对滑轨平面直线度进行测控的方法。两次测量试验表明该方法能够达到火箭撬滑轨平面平顺性测控的精度要求,为火箭撬滑轨安装测控提供了一种新思路。

跨速域强地效水平助推滑跑气动机理

火箭橇水平助推滑跑短时间内可实现高超声速,它不仅是当前高速地面动态试验的主要手段,更是未来可重复使用单级入轨(SSTO)水平发射的重要依托载体。针对有效载荷与橇车分离时避免出现抬/低头问题、火箭橇测试的传感器布局方案设计等关键问题,基于高精度湍流数值理论与复杂激波系干涉理论,以高超声速标准模型作为有效载荷,开展火箭橇水平助推滑跑系统的气动机理研究。通过对跨速域滑跑时结构内部涡系演化、局部流场特征与系统气动特性分析,揭示不同连接方案对有效载荷的影响机制、结构表面压力分布变化规律等。结果表明:低马赫数时低压区压力脉动呈周期性变化,容易引起气动激励振动;不同马赫数下低压区位置发生明显改变、作用范围随马赫数提高而扩大,尾迹涡相对稳定;改变连接距离和连接高度均使低压区涡的位置发生大幅改变。

滑橇高速运动动态效应与滑轨平顺度的关系研究

运用有限元理论建立了火箭滑橇高速滑轨系统的橇轨耦合动态分析模型,计算了不同轨道平顺度条件下橇轨动态效应,得到了橇车在轨道上运行姿态的变化规律,分析了轨道平顺度对橇轨动态效应的影响.研究表明:橇车在轨道上运行时产生偏航摆动、升降、俯仰和绕橇车质心滚转;随着轨道偏差的增大,橇车平均冲击加速度和平均冲击力近似呈线性增长;轨道平顺度对橇轨耦合动态效应影响很大,轨道平顺度是高速滑轨设计重点考虑的问题之一.

火箭橇系统的摩擦力分析与计算

根据火箭橇动态试验非线性和非定常特点,以及火箭橇与轨道的摩擦特性,对某型火箭橇系统进行了动力学分析、建模和流场数值模拟,界定了不同运动状态的动力学特点,得到了系统的气动力特性。研究结果表明:在60~90m/s速度条件下,该型火箭橇阻力系数约为0.58,升力系数约为0.003,气动力主要表现为气动阻力,升力与火箭橇自重相比相对较小,约占自重的0.5%~1.2%。同时结果表明,火箭橇运动速度是影响摩擦因数的主要因素,摩擦因数随运动速度的增大而减小。在数值模拟和试验数据基础上,确定了幂函数形式的摩擦因数计算公式,公式以运动速度为底数,系数为2.554,指数为-0.756。并在多种工况下,对火箭橇运动参数进行预测和验证,与试验数据符合良好。

火箭橇滑轨空间线形高精度测量和调校技术研究

火箭撬滑轨是一种大型地面高速动态模拟试验设备,火箭撬试验对滑轨的直线精度要求高达一百万分之一,因此对火箭撬滑轨空间线形安装调试提出极高的精度要求。火箭橇滑轨从支承梁预制到轨道安装模式,都异于常规铁路,其轨道调校技术要求极高,远超于目前国内所建高铁轨道的技术要求,常规高精度全站仪及电子水准仪测量方法很难满足火箭撬滑轨对安装测量的精度要求,而激光跟踪仪的快速发展为高精度直线测量提供了条件。本文运用激光跟踪仪对我国新建长达16 km的某火箭撬滑轨安装进行测量和调校,总结出一套火箭橇滑轨调校测量新技术,为今后类似火箭橇滑轨建设积累丰富经验。验收结果表明,本文所述滑轨调校测量技术完全满足滑轨安装精度要求,为拓宽激光跟踪仪在高速轨道工程领域的应用奠定基础。