发动机管路流固耦合振动测试平台的设计研究

发动机管路振动情况复杂,在多因素影响下的管路振动极易导致管路裂纹和泄露等故障发生。针对这一问题,旨在开发一款测试平台用于管路流固耦合振动测试。该平台实现数据自动采集和分析,数据处理过程智能化。通过实验振动分析和仿真计算模态结果对比,验证了测试平台的科学性和精确性,对发动机管路系统稳定性研究具有重要的实际意义。

航空发动机管路测量数据分割方法

为了提高航空发动机管路测量数据的反求建模效率,提出了一种区域增长分割算法。该方法主要是利用管路表面在曲面索引系数映射、主曲率映射、高斯映射上的特性,并基于均值漂移算法和遗传算法提出了区域分割算法中种子区域的选择策略。然后利用区域增长分割方法实现了对管路测量数据的分割。经过仿真和实测数据验证,所提管路分割算法具有较好的分割质量和效率。

基于特征的航空发动机管路反求建模方法研究

为了提高航空发动机管路的建模质量和效率,提出了基于曲面特征和截面特征相结合的航空发动机管路反求建模系统框架。并围绕其中的多视数据配准、数据分割、特征提取和管路特征建模等关键技术进行了深入研究。实例表明:该系统可以稳定、高效地实现对航空发动机管路测量数据的反求建模。

基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ的航空发动机管路卡箍布局优化

针对传统卡箍布局规划存在效率低且难以解决多目标优化问题等难点,提出一种基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法的航空发动机管路卡箍多目标布局优化方法。提出并建立反映卡箍位置与管路振动性能关系的Kriging代理模型,同时结合拉丁超立方实验设计方法以及粒子群优化技术提高建模精度。以管路一阶固有频率和二阶固有频率为优化目标,应用NSGA-Ⅱ对管路卡箍位置进行布局规划以避免共振。在优化计算过程中,应用所建近似模型代替CAE分析程序对适应值函数进行评价,大大减小了计算量。发动机管路卡箍布局算例表明:所提方法可一次性获得多个满足要求的非支配解方案,不仅提升了管路系统的可靠性,而且计算效率亦得到了很大提高。最后仿真结果证明了所提方法的有效性。

基于STM32的航天发动机管路多余物控制系统

航天产品多余物控制是保证和提高航天型号研制质量的一项重要内容。现有的航天产品多余物控制方法和装置普遍存在检测效率低、精度低及价格高等问题。针对上述现象,设计了一种基于STM32微处理器的液体火箭发动机管路的多余物自动检测及清洗系统。系统由超声波管路清洗装置、多余物检测装置、上位机和信号采集装置组成。基于STM32微处理器的控制功能,能够实现对发动机管路多余物的自动清洗和检测,并能够实现液位信息和清洗结果的实时采集、传输、显示和存储,并可根据检定结果触发清洗装置进行二次清洗。同时,系统能在自动清洗和手动清洗之间进行切换。旨在解决液体火箭发动机管路多余物的检测和排除的问题,并有效地提高多余物检测和控制的效率和可靠性。

基于逾渗理论的液体火箭发动机管路接头密封性能研究

液体火箭发动机管路接头发生密封失效将给发动机带来巨大的安全隐患,深入认识管路接头的密封区域形成机理和建立密封性能的评价方法,有助于提高发动机工作的可靠性。构建微尺度下具有Gauss分布特征的粗糙面有限元接触模型,基于逾渗理论寻找临界接触压力这一密封性能评价指标的具体数值。以37°的DN6球形管路接头为研究对象,建立宏观尺度有限元接触模型,分析预紧力、介质压力和材料搭配对接头密封性能的影响。结果表明:表面粗糙度将增大粗糙面的高度差,自相长度可增加粗糙表面的连续性。临界接触压力为520MPa,应用该指标评价密封性能和45MPa高压气密试验得到的结果相吻合。在接头的拧紧过程中,接头密封性能与预紧力呈线性关系,并且存在满足密封性能的最小预紧力。在预紧力不变的条件下,接头只能承受一定范围内的介质压力。不同屈服强度的材料搭配有助于提高管路接头的密封性能。

发动机管路系统传递特性分析方法

为克服发动机试车时管路系统无测点、无法评价振动响应的缺陷,提出了基于传递率函数和功率谱密度传递率的测试信号进行传递特性分析、预估发动机管路系统上任意未知测点的响应特性的方法。以某型发动机管路振动分析为例,首先,获取发动机管路系统结构动力特性的精确描述。通过模态试验的测试数据,对管路结构的有限元模型进行模型修正,进而得到有限元对结构动力学特性的精确仿真;然后,实现从发动机机匣到管路的振动传递。基于热试车试验,通过传递率函数分析机匣上测点振动响应之间的关系,建立机匣到管路的振动传递描述;最后,实现管路任意位置的响应预估。通过机匣上测点到管路任意点的功率谱密度传递率与试车稳态时测点的功率谱密度分析,预估管路任意位置的响应。此外,利用了两条不同的传递路径分析,得到了相近的预估结果,验证了本方法的有效性。

带金属软管的航空发动机管路振动特性分析

为提高大管径、长跨度航空发动机管路的工作可靠性,将管路中间部位增加一段金属软管,用于补偿制造偏差、安装误差和热膨胀。为达到管路结构动力学的设计要求,避免管路的破坏与失效,对带金属软管的航空发动机管路进行有限元建模、频率计算与分析,通过增加卡箍及调整卡箍位置使管路的低阶频率满足国军标要求,并通过功率谱分析说明加卡箍后管路的振动应力显著降低,证明该方案的可行性,满足管路结构动力学的设计要求。

航空发动机管路振动机理及振动故障分析

航空发动机管路是保证发动机可靠工作的重要组成部分,振动是导致管路故障频繁发生的主要原因。对航空发动机管路振动机理和振动故障分析进行了总结,分析了引起管路振动故障的主要激励振源、管路振动模式,总结了管路振动故障分析框图,并进行了实例应用,以期为航空发动机管路系统设计及振动排故提供借鉴。

发动机管路卡箍位置动力灵敏度分析与优化设计

发动机的管路卡箍布置具有随意性和经验性的问题,把卡箍的支撑当作末端固定的平移约束单元,随机变亮是定义对任意两个卡箍间的管道长度。采用有限元法结合离散抽样的方法,对结构参数和复杂管路系统基频和随机振动的灵敏度进行分析,结果发现卡箍的间距变化更加大了。本文对卡箍数量及刚度对管路系统的动力学特性的影响规律进行了探究,使基频和外界的激振频率的数值最大化。

高精度搭建式工装在发动机管路研制中的应用

在现代发动机的研发过程中,运用三维软件技术来进行发动机的前期开发能够最大限度的降低成本,而发动机管路作为整个发动机的血管,其重要性不言而喻。而发动机接头与管路之间的连接形式多采用焊接连接,在发动机各个部位同步研发的过程中,如何保证管路的走向正确,以及如何保证外部管路的精确安装是缩短发动机的研发周期、降低研发成本的重点。外部管路部位作为独立的模块,除特殊接口具有独一性之外,需要应用专用接口工装,而其余整体管路走向可以用高精度搭建式组合工装来保证,专用工装与搭建式通用工装结合应用,能够大大降低整个工装的设计周期和成本,进而缩短发动机的设计成本。

基于共轭梯度法的航天发动机典型管路载荷重构方法研究

航天发动机在实际服役时,内部管路结构经常受到各类载荷的作用,对结构产生负面影响.为了有效获取航天发动机管路中的载荷信息,提出了基于共轭梯度法的载荷重构方法.根据管路局部应变参数,以正问题与逆问题过程中航天发动机管路结构应变响应参数的残差最小为优化目标,实现载荷信息的重构.为了验证所使用算法的有效性和准确性,以某型号航天发动机管路结构为例,分别进行了静载荷、简谐激励、随机激励信息的识别重构.数值算例表明,该方法可以准确有效地对管路中受到的载荷信息进行重构,且重构误差较小,均在5%左右.

发动机管路卡箍位置动力灵敏度分析与优化设计

针对发动机管路卡箍布置过程中存在的经验性和随意性的问题,将卡箍支撑视为末端固定的平移约束弹簧单元,定义任意两个卡箍之间的管道长度为随机变量.采用有限元法结合离散抽样分析了结构参数对复杂管路系统基频和随机振动的灵敏度,结果表明某些卡箍间距的变动比其他参数的影响更为明显.讨论了卡箍数量和刚度对管路系统的动力学特性的影响规律,并分别以基频与外界激振频率的差值最大化,以及随机振动均方差响应最小化为目标,利用罚函数法对复杂管路系统的关键卡箍位置进行了优化设计.

流体参数对航空发动机液压管路振动特性的影响

考虑了黏弹性系数和脉动流因素,采用牛顿法建立了航空发动机液压管路在基础激励下的非线性流固耦合振动数学模型,并将方程进行了无量纲化.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用Matlab和Mathematica软件数值仿真,分析研究了航空发动机液压管路的流体压力、流速、轴向力等参数对振动特性的影响.最后通过实验验证了所得结论与理论相符合.

航空发动机液压管路振动环境实验测试系统设计

为了深入研究航空发动机液压管路的振动情况,开发出模拟航空发动机液压管路振动环境的实验测试系统。该实验测试系统由液压动力单元、信号采集与控制单元、基础环境激振单元三部分组成。其中基础环境激振单元的引入,使之模拟了航空发动机液压管路安装机匣振动的情况,较好的复现航空发动机液压管路的实际振动环境。实验表明,该实验测试系统能够实现液压管路的振动特性检测,为深入研究航空发动机液压管路系统耦合振动提供实验基础。

航空发动机外部管路特性与系统动力学参数研究

根据航空发动机外部系统管路动力学设计原理,通过理论计算与实验测试相结合的方式对外部管路系统关键设计参数进行研究。经过实践研究发现,发动机外径、跨度和弯曲角度等结构都能够对导管振动特性产生影响,并且伴随外径系数增加,导管基本频率会提升,跨度增大后,基频会下降,弯曲程度增加,基频随之提升,弯曲半径等其他固有特性不会有较大影响,可以忽略不计。当导管注入介质后,各阶频率随介质密度增大,基频降低越明显,液体压力和速度不会有较大影响,忽略不计。

基于HHT的航空发动机液压管路系统管路故障诊断研究

针对航空发动机液压管路系统在实际工作中由于振动过大产生的卡箍松脱故障,通过电磁振动台模拟宽频域液压管路基础激励环境,采用光纤光栅分步式监测系统,利用HHT方法可以对航空发动机液压管路系统振动信号中的突变信号进行有效的侦测。HHT分析方法能够反映航空发动机液压管路系统的故障振动响应的不同状态,由此进行航空发动机液压管路系统振动信号的检测具体实施步骤。最后结果表明,采用HHT方法与光纤光栅监测系统能够实现航空发动机液压管路故障的定位和判定。

发动机机匣弧面不规则管路的布局参数多目标优化设计

管路布局优化是降低发动机管路振动应力的重要手段,提出了一种发动机机匣弧面上不规则管路布局参数的多目标优化设计方法。从发动机机匣弧面的U形管路出发,建立了具有复杂布局走向的不规则单管路的参数化建模方法。分析了布局参数对管路的危险固有频率、多点激励响应的灵敏度。综合考虑错频和最大响应等多个目标,采用多目标遗传优化算法,对不规则管路的布局参数实施了优化设计。结果表明:管形布局优化设计效果显著,错开了两个危险固有频率禁带;管路结构在相同激励下最大位移幅值下降约35%,最大应力幅值下降近50%,为发动机管路的振动控制和动力学正向设计提供了参考。

随机激励下的随机结构全局灵敏度分析

为了考察处于随机激励下的结构系统的随机不确定性输入参数对结构动力响应的影响,提出了基于动力响应均值的全局灵敏度指标和基于动力响应方差的全局灵敏度指标。结合这两个指标对随机结构在随机激励下的响应进行灵敏度分析,能够对输入参数的重要性作出合理评估,以便为改善结构设计提供有益指导。为求解所提出的全局灵敏度指标,提出了一种基于点估计的高效方法。该方法将所提出的动力响应灵敏度指标视为均值和方差算子的嵌套,通过嵌套使用点估计的方法进行分解降维。通过对某发动机管路系统的算例分析,验证了上述全局灵敏度指标及其求解方法的工程适用性。