涡轮阻尼器的试验研究

为满足某型无人驾驶飞机液压弹射系统和拦阻网回收系统的研制需求,在理论分析的基础上采用具有不同结构尺寸和不同液体介质的涡轮阻尼器样件进行阻尼力矩系数的测量试验。研究结果表明,结构尺寸、液体介质密度确定的阻尼器的阻尼力矩系数接近一常数,阻尼力矩基本上与阻尼器的转子转速的平方成正比;阻尼器的结构尺寸、液体介质密度是影响阻尼力矩系数的决定因素。此研究结果为涡轮阻尼器的具体结构设计提供了可靠的依据。

涡轮阻尼器数值仿真与试验

以流体有限元软件Fluent仿真分析,获得了满足某型无人机拦阻网回收系统要求的涡轮阻尼器结构参数,并依此设计和制造了涡轮阻尼器装置;测试了涡轮阻尼器受到瞬时冲击力的动态缓冲特性,试验结果表明涡轮阻尼器的数值仿真是正确的,涡轮阻尼器的缓冲性能满足某型无人机拦阻网回收系统的要求。

涡轮阻尼器叶片区瞬态流动及压力脉动特性研究

为了获取涡轮阻尼器叶片区液体压力的脉动特性,首先采用CFD数值计算和试验验证的方法,提取了某型涡轮阻尼器工作时液体瞬态流动特性参数;然后,分析了叶片迎水面及背水面流场压力脉动规律。研究结果表明:内流场瞬态的漩涡和流动分离,造成内部压力分布不均,且呈周期性变化;泵轮叶片迎水面和背水面压力脉动的频率为叶轮转频的倍数值,主频为单倍叶轮转频。利用某涡轮阻尼器样机开展了相应的试验验证,试验结果与CFD分析计算结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。

进口压力对涡轮阻尼器性能影响计算分析和实验研究

为了研究进口压力对涡轮阻尼器性能的影响,采用CFD数值计算和实验验证的方法,分析了不同进口压力对转子阻尼系数及内流场的影响,结果表明:空化是涡轮阻尼器阻尼系数的重要影响因素,进口压力是涡轮阻尼器腔内是否产生空化的关键因素.在特定运行转速下,当进口压力值低于某一临界空化压力时,涡轮阻尼器腔内会产生空化,且随着进口压力的增大,空化程度逐渐减弱,阻尼系数逐步增大;当进口压力大于某一临界空化压力时,腔内不会产生空化,阻尼系数达到最大值并保持不变。

某型无人机系统涡轮阻尼器的性能仿真

涡轮阻尼器作为制动装置应用于某型无人机气液压发射系统和拦阻网回收系统.建立了阻尼器的阻尼力矩数学模型,并进行仿真计算和数值分析.结果表明:转子半径、流体介质密度对阻尼力矩的影响起主导作用;定子半径、转子叶片与定子叶片轴向间隙、流体介质动力黏度对阻尼力矩的影响相对较小.采用具有不同结构尺寸和不同流体介质的阻尼器进行阻尼力矩的测量试验,研究结果表明仿真结果与试验结果表现出较好的一致性,证明了阻尼力矩数学模型的正确性,为涡轮阻尼器的工程研制提供可靠的理论依据.

涡轮阻尼器叶片参数对阻尼系数影响分析

为研究涡轮阻尼器叶片参数对其阻尼系数的影响,采用CFD数值分析技术,建立了涡轮阻尼器阻尼系数与叶片轴向尺寸的参数模型,分析了不同叶片参数下阻尼系数的变化规律,并进行了试验验证.研究结果表明:涡轮阻尼器叶片参数对阻尼系数的影响起主导作用.增加涡轮阻尼器定子轴向尺寸,其阻尼系数先增加后减小,阻尼系数存在拐点,在拐点位置阻尼系数最大;阻尼系数拐点位置与转子叶片数量和轴向尺寸无关,随定子叶片数量增加而减小;阻尼系数最大值随转子轴向尺寸的增加而增加,随转子叶片数的增加呈先增加后减小的趋势,随着定子叶片数的增加而减小.实验结果与CFD分析结果变化趋势一致,最大误差为9.1%,证明了CFD分析的正确性.

启动阶段涡轮阻尼器流场特性数值仿真研究

为了研究启动阶段涡轮阻尼器的水力性能,基于动网格有限元分析方法,建立了涡轮阻尼器参数计算模型,分析了启动阶段涡轮阻尼器的内流场和转矩特性,并与试验结果比较.结果显示：涡轮阻尼器启动阶段内部流动和输出转矩具有显著的特性.启动阶段,流动首先形成布满叶片间隙的主漩涡,随着时间的进展主漩涡靠近外圆区域开始出现分离的小漩涡,进而发展形成多个漩涡群;泵轮叶片间压力梯度逐渐增加,开始在背流面叶尖部位形成低压带,而后低压带逐渐向叶片中部移动并形成低压区,具有典型的非定常过渡特性.涡轮阻尼器启动阶段转矩仿真结果和试验结果总体上符合较好,说明采用该计算模型来预测涡轮阻尼器启动阶段的动态特性是合适的.

涡轮阻尼器阻尼特性与轴向力特性分析

采用基于分离涡模型的计算流体力学方法计算某可调阻尼式涡轮阻尼器多个挡位、多个转速工况的内部三维黏性流场,预报了其阻尼特性和轴向力特性.阻尼器内部紊乱的流动造成其转矩、轴向力等外特性参数波动较大,大挡位工况超过10%.阻尼系数随挡位的增大而增大,除小挡位外,预报误差在5%以内.随着挡位的增大,转子轴向力增大,调节挡板轴向力也呈增大趋势.定子轴向力是一个小量,其方向与调节挡板轴向力相同.腔内复杂的不对称流动造成各挡板块受力不均,但每块挡板的轴向力均呈周期性变化,平均值相差±2.5%以内.大挡位高转速工况产生较严重空化,而小挡位时空化较弱.

无人机拦阻网回收动力学建模与仿真

为了满足某无人机拦阻网回收系统的研制需求,文章建立了拦阻回收过程的动力学模型,并进行仿真计算和数值分析,结果表明无人机的质量和撞网速度、涡轮阻尼器转子半径是影响拦阻过程的关键参数,通过调节系统设计参数可实现不同质量的无人机在不同拦停距离内的安全拦阻回收。将仿真计算结果与试验结果进行对比,结果表明仿真计算结果与试验结果表现出较好的一致性,从而验证了拦阻回收动力学模型的正确性。