面向舰载机编队蒸汽弹射的汽缸结构优化设计

针对蒸汽弹射器中汽缸的结构优化设计问题,提出一种面向舰载机编队的汽缸结构优化设计方案。首先,基于舰载机蒸汽弹射仿真平台,以舰载机的最大离舰下沉量作为目标函数,设计基于遗传算法的汽缸结构优化模型,构建了一种面向舰载机编队的汽缸结构优化方法;然后,通过三组仿真实验探究了汽缸内部结构的最优参数匹配规律,并通过典型蒸汽弹射器实验数据验证了汽缸结构优化结果的合理性。结果表明,对于同类型舰载机发射情况,汽缸的最优参数可以在较宽范围内组合,对于不同类型舰载机发射情况,重型舰载机对应更长的汽缸长度。

舰载机不同弹射系统的弹射过程

针对目前世界上最典型的两种舰载机弹射系统:蒸汽弹射系统和电磁弹射系统,对比研究了不同弹射系统的结构原理、数学模型、弹射性能等问题。分析了常用的蒸汽弹射装置和电磁装置的组成部件及其功用,给出对比分析结果;根据蒸汽弹射装置和电磁弹射装置的运动学特性,获得两种弹射装置的数学模型,推导出它们的非线性运动学方程,并给出对比分析结果;针对两种不同的弹射系统,构建了舰载机在舰面加速段的弹射过程的Matlab数值仿真模型,通过仿真研究,分析了不同弹射系统中对弹射性能起主要影响作用的关键因素,并根据仿真结果进行了对比分析。

舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析

阐明了蒸汽弹射装置应用的必要性。在综合考虑热力学模型、牵引释放装置数学模型、舰载机动力学模型以及起落架突伸等因素的基础上,提出了舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析模型。以C-13型弹射器和某型飞机为例进行了仿真分析,并与相关实验数据进行对比分析,其分析结果可为舰载机蒸汽弹射系统设计以及试验验证提供有益参考。

蒸汽弹射器的动力学仿真研究

针对航母蒸汽弹射器,在对其受力及热力学分析的基础上,建立其动力学模型,利用MATLAB软件建立了仿真系统进行数值计算,得到舰载机运动加速度、速度的大小及其与位移的关系,其计算方法是可行的;对多种弹射工况进行了仿真分析,获得不同工况下舰载机的弹射起飞运动特性,为弹射器的设计提供了可选方法及参数。

舰载机蒸汽弹射反馈线性控制系统研究

为了研究舰载机蒸汽弹射过程中储汽筒与汽缸中各状态的变化,针对汽缸系统的非线性强耦合特点,考虑储汽筒内闪蒸现象、汽缸有杆腔与无杆腔压力变化以及发射阀芯位移与流通面积之间的关系,建立储汽筒、发射阀的数学模型,汽缸的热力学模型以及舰载机的六自由度运动模型,完成蒸汽弹射系统发射阀控制器设计。通过仿真研究发现,蒸汽弹射系统的储汽筒在弹射阶段压降很小,其影响可以忽略;并且,由于汽缸系统的各状态具有非线性强耦合的特点,经典控制方法难以使发射阀稳定工作,其开度会在阀开启和关闭时发生突变。基于反馈线性化理论,能对汽缸系统模型进行完全线性化,实现汽缸内各状态量解耦。仿真结果表明,利用反馈线性化方法设计的发射阀调节器在弹射过程中性能稳定,使舰载机对加速度指令有良好的跟踪能力。

3种预处理对青贮玉米秸秆理化特性的比较研究

本研究对蒸汽爆破、热喷放及碱堆沤3种预处理方式处理的青贮秸秆的物理特性和理化成分进行了分析,测定了预处理后玉米秸秆在水中的沉降特征、亲水指数等指标,同时通过显微镜观察、红外光谱、X射线衍射及热重分析试验,对各种预处理方法进行了对比和评价。结果表明,青贮玉米秸秆经过3种不同预处理后,其理化特性明显不同。经蒸汽爆破之后秸秆表面呈现亲水特性,沉降比从原料的87.3%减少至0%,比表面积比原料增加65.2%;显微观察发现蒸汽爆破后秸秆细胞壁完全断裂破碎,纤维素结晶度下降至33.11%。蒸汽爆破相比其他2种方法更能显著改变玉米秸秆的结构,使其更利于降解,是一种理想的预处理方式。

瞬间弹射蒸汽爆破联用化学法预处理玉米秸秆的组分和酶解分析

以瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion,ICSE)为基础,联用稀酸法、碱法、氨水法、有机溶剂法以及离子液体法进行预处理,对不同方法采用组分和酶解分析,以探索出一种绿色和高效的预处理方法。ICSE处理后的物料能够显著促进传统的化学预处理过程,其中ICSE与碱法联用预处理的糖收率最高,达到了77.54%,而ICSE与离子液体联用预处理后糖收率比单纯使用离子液体提高了7.78倍,达到了60.04%。选取ICSE与离子液体联用预处理过程作为最优预处理方法,并对其采用傅里叶-红外光谱、X射线晶体衍射和扫描电镜进行表征,经ICSE处理后玉米秸秆变得蓬松且不完整,半纤维素组分减少,促进离子液体对于纤维素的溶解;而与离子液体联用预处理后,物料纤维素和木质素相应官能团吸收峰增强,纤维素结晶构型由纤维素-Ⅰ型转变为纤维素-Ⅱ型,结晶指数降低。

瞬时弹射式蒸汽爆破处理生物质的能量模型及能耗理论分析

在生物质资源化利用领域,蒸汽爆破技术是打破生物质抗降解屏障、实现生物炼制的关键技术途径,具有清洁、短时和高效的显著特点。针对生物质蒸汽爆破过程中能量消耗和能量平衡问题,基于传热学基本原理,对生物质蒸汽爆破过程中的能量组成和转化进行了分析,建立了生物质蒸汽爆破能耗模型,阐明了蒸汽爆破过程中蒸汽热能转换机械功,并利用能量模型对影响生物质蒸汽爆破预处理能耗因素进行能耗分析。结果表明:该模型可以较为准确地反映物质蒸汽爆破过程中的热能利用和转化过程,能够定量分析生物质蒸汽爆破过程中物料含水率、蒸汽爆破强度和装料量的能耗变化规律。研究结果为蒸汽爆破技术的生物液体燃料或生物炼制产业化应用提供了理论参考。

质量车蒸汽弹射系统仿真研究

为了研究航母蒸汽弹射系统的动力学和热力过程特性,通过建立蒸汽弹射器热力学模型、牵引释放装置数学模型和质量车蒸汽弹射系统动力学模型,建立了包括施加预紧力阶段、弹射力加载阶段和弹射滑跑阶段的全过程质量车蒸汽弹射仿真模型。针对储汽筒压力、气缸压力和质量车加速度3个蒸汽弹射系统关键参数,进行了理论分析与仿真验证,并与实验数据进行了对比,验证了本文建模方法的正确性。利用所建模型,对蒸汽弹射系统的其他关键参数进行研究。仿真结果表明:在蒸汽弹射系统的3个阻力当中,质量车摩擦力影响最大,空气阻力影响最小;弹射力与冲程的曲线可以看成前一段斜率为正,后一段斜率为负的分段函数;弹射杆轴向力的峰值大于弹射力的峰值。研究结果能够为蒸汽弹射系统的设计和试验提供一定的理论参考。

同步酶解发酵瞬时弹射式蒸汽爆破玉米秸秆生产生物饲料研究

通过优化瞬时弹射式蒸汽爆破(Instant Catapult Steam Explosion,ICSE)预处理玉米秸秆同步酶解发酵(Synchronous saccharification and fermentation,SSF)工艺,提高玉米秸秆转化生物饲料工艺的效率和可行性。使用合成培养基和秸秆酶解物培养产朊假丝酵母(Candida utilis BNCC 336517),比较不同温度条件下单纯酶解和同步酶解发酵对瞬时弹射式蒸汽爆破预处理秸秆的糖转化率影响;进一步设计正交试验获得玉米秸秆转化真蛋白最佳条件。结果显示,产朊假丝酵母能高效利用纤维二糖;37℃、单纯酶解100 g瞬时弹射式蒸汽爆破预处理玉米秸秆可产32.16 g总糖,同步酶解发酵后干物质降解率51.61%,总糖利用率为84.1%;相同温度条件下三因素三水平正交试验结果:料水比1:7,纤维素酶复合物20 FPU,添加1%(NH4)2SO4,发酵96 h后产品真蛋白质含量为14.66%。表明得到产朊假丝酵母最优同步酶解发酵条件,且该条件下转化玉米秸秆生产生物饲料具有经济可行性。

内外气缸式蒸汽弹射器设计与仿真

为了解决蒸汽弹射器开口气缸密封困难的问题,提出了内外气缸嵌套式结构,即一个外气缸内置若干个开口气缸,安装时内外气缸开口相互错开。针对该蒸汽弹射器的基本工作原理,建立了仿真模型。分析结果表明:汽缸半径和蒸汽初始压力对飞机起飞速度和加速度影响明显;载荷一定下,缸径与蒸汽初始压力成反比。

舰载机蒸汽弹射器热力学仿真分析

舰载机依靠蒸汽弹射器输出的弹射力推动其达到起飞速度,因此控制弹射力的输出尤为重要,为了分析研究蒸汽弹射器对弹射力输出的控制,本文阐明了蒸汽弹射器中控制蒸汽流量的发射阀结构和基本工作原理,提出发射阀中测量杆的位移与流通面积的计算方法,从而求解蒸汽流量,并结合蒸汽弹射器的热力学变化过程进行数学建模。以C13型弹射器为例进行仿真,通过实验数据的对比分析,说明了本文所建模型的可行性和正确性,其仿真结果可为蒸汽弹射器的设计与试验提供有益参考。

瞬间弹射蒸汽爆破增强离子液体对水稻秸秆的预处理效果

选取具有不同组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim]Cl),并联用瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion,ICSE)对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排,使纤维素更多地暴露于物料表面,同时减弱了木质素对纤维素紧密交联的程度。ICSE的使用提升了离子液体的预处理效果,酶解糖收率比单纯使用离子液体升高了14.83%([Emim]Ac)和13.14%([Emim]Cl),其中ICSE联用[Emim]Ac的糖收率最高达97.00%。采用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TGA)进行物料结构分析,证实了ICSE联用离子液体有助于破坏物料的致密结构,增加无定形区,从而提高酶解糖收率。

瞬时弹射式蒸汽爆破法制备速溶牦牛骨粉及其理化特性

为解决骨粉的难溶解性及制备耗时问题,该研究采用瞬时弹射式蒸汽爆破(instant catapult steam explosion,ICSE)技术制备速溶牦牛骨粉,并与常规球磨牦牛骨粉进行理化特性比较分析。通过观察不同压力(0.5~1.5 MPa)和不同保压时间(5~30 min)ICSE条件下牦牛骨的液化情况及骨粉得率,以确定牦牛骨粉的制备条件,并通过骨粉化学结构、粒度分布、微观形态、稳定性、蛋白质溶解性和钙离子释放度的测定对比分析了速溶牦牛骨粉和常规球磨骨粉的理化特性。结果显示:1.5 MPa 30 min ICSE条件下制备的骨粉(<500目)得率可达46.16%;与常规球磨牦牛骨粉相比,ICSE牦牛骨粉化学结构无明显变化,但其中值粒径(5.61μm)明显较小(P<0.05),粒度分布均匀并呈正态分布,微观形态均匀规则;ICSE牦牛骨粉的蛋白质溶解度在37、60和100℃条件下分别为97.17%、95.29%和82.07%,均明显高于球磨骨粉(4.07%,6.47%和10.17%)(P<0.05);ICSE牦牛骨粉钙离子释放度为67.42 mg/g,高于常规球磨骨粉(14.25 mg/g);此外,短时间内ICSE骨粉悬浮液在室温条件下无明显沉淀,其溶解性和稳定性优于球磨骨粉。ICSE法制备速溶牦牛骨粉解决了骨粉制备耗时长、溶解性差等问题,为骨粉的制备提供了一种新方法。

瞬时弹射式蒸汽爆破对玉米秸秆化学结构的影响

对玉米秸秆瞬时弹射式蒸汽爆破(Instant Catapult Steam Explosion,ICSE)预处理的效果进行了研究。通过与热喷放、碱堆沤2种预处理方法的对比,研究了ICSE预处理对玉米秸秆化学特性、微观结构、理化特性的改变机理。热重试验表明:在ICSE处理下,最大失重速率比热喷放及碱堆沤2种预处理方式分别高19.7%和21.2%,热解终了时残留物的质量分数比热喷放及碱堆沤2种预处理方式分别低31.8%和26.4%。显微试验表明:爆破过程彻底改变了玉米秸秆的组织结构,使其细胞壁完全断裂破碎。傅立叶红外光谱试验表明:ICSE样品谱线比其他样品谱线发生了更为明显位移,表明ICSE处理能够相对于其他预处理方式更加明显的改变玉米秸秆有机官能团。X射线衍射试验表明:ICSE比热喷放玉米秸秆结晶度下降了29.4%,比碱处理堆沤降低了26.1%,峰数减少,化学组成和结构变化最为明显。

舰载机蒸汽弹射起飞数值计算分析

为得到舰载机蒸汽弹射起飞过程中速度和加速度等参数的变化规律,在考虑弹射系统的特性参数、蒸汽泄漏、风速和风向等因素的基础上,构建了蒸汽弹射起飞数学模型。利用所建立的数学模型对弹射起飞过程进行了数值模拟计算。分析结果表明:所建立的数学模型合理可靠,数值计算与试验结果之间的误差小于0.92%;蒸汽初始压力、蒸汽泄漏量、汽缸半径和汽缸数等参数对飞机起飞速度和加速度影响明显;逆风条件对起飞有利,且风速越大飞机起飞所需的推力越小。

舰载机弹射起飞过程弹射杆受力与安全性分析

针对舰载机的实际弹射作业情况,建立了蒸汽弹射器数学模型、牵引释放装置数学模型及分阶段的舰载机弹射起飞数学模型.在此基础上分析了航母航速、发动机推力、弹射能量、升降舵预置偏角和舰载机质量等不同参数对考虑弹射杆的舰载机弹射起飞安全性的影响.仿真结果表明:增加航母航速、减小弹射能量、下偏升降舵预置偏角和减小舰载机质量都可以降低弹射杆与航母甲板发生碰撞的风险;在发动机推力为200 kN工况下,增加或减小发动机推力都会增加弹射杆撞击甲板的风险;当弹射能量较低时,弹射杆末端距离甲板的高度会出现震荡现象.

空气中逸散水蒸气传热及相变过程的行为研究

针对航母舰载机蒸汽弹射器滑道逸散水蒸气的传热与凝结现象,建立空气/水蒸气/凝结水三流体的流动、传热及相变过程数学模型。其中具有描述水蒸气复杂过程热力学行为的IAPWS模块以自定义程序并入模型中,利用Eulerian-Eulerian模型加入质量传递、能量传递和动量传递方程来实现水蒸气流动过程中传热传质问题的研究;在质量传递模型中加入液滴成核和生长理论模型,研究水蒸气的凝结过程。结果表明:在流动过程中,空气-水蒸气-液态水三流体混合,温度逐渐趋于一致;进气道入口压力越低,发动机对水蒸气的吸入量越大;伴随空气流动的水蒸气温度不断下降,并且会因有凝结现象发生;随着空气来流速度的增加,水蒸气的吸入量也会呈现先增加后下降的趋势;随着水蒸气流速的提高,水蒸气进气量上升,空气所占比例有所下降,但仍然是主导地位。