轴对称矢量喷管运动学建模及运动轨迹分析

轴对称矢量喷管为复杂的空间多链路机构,是推力矢量技术的核心。为研究其运动规律,将空间机构位置分析法、解析几何法和环路矢量法相结合,建立了轴对称矢量喷管的空间运动学模型。利用数值仿真实现了其运动姿态的仿真,并通过与ADAMS仿真结果对比,验证了该模型的正确性,进而获得轴对称矢量喷管在不同驱动方式下的位姿以及喉口和喷口的面积变化规律。结果表明:喉口状态和喷管运动状态对喷管面积比均有影响,面积比随着A9作动筒的同步伸长呈明显单调递增状态;A9作动筒异步驱动时,喷管面积比变化较小,喷口矢量偏转角角速度与作动筒运动速度呈比例关系,截面形状由圆形逐渐变为空间上扭曲的椭圆形;拉杆尺寸对喷管机构的面积比变化范围有明显影响,拉杆每增大(或减小)1 mm,面积比变化区间整体上移(或下移)0.025。仿真结果有助于了解喷管的运动规律,可为喷管的参数化分析及优化设计提供理论依据。

轴对称矢量喷管平移控制系统运动学建模仿真

为解决轴对称矢量喷管原始偏转控制方案中出现的奇异性问题及出口截面光顺性较差的问题,提出了一种新型平移控制方案。利用CATIA设计了轴对称矢量喷管平移控制系统的三维模型,在DMU模块中进行运动仿真并激活传感器追踪驱动舵机的旋转角度数据。将三维模型尺寸数据及约束关系代入MATLAB中,建立了空间运动学方程,进行数值计算、曲线拟合及误差分析。获得了描述喷管矢量偏转角、矢量方位角与舵机旋转角映射关系的二维插值模型,进而建立了各个控制周期内矢量偏转角、矢量方位角的动态控制指令。仿真结果表明:该平移控制方案不存在奇异位置且出口截面形状较好,提高了喷管的可靠性及密封性,满足轴对称矢量喷管的精准控制需求,最后通过模型样机进一步验证了该平移控制方案的可行性。

矢量喷管作动器热设计技术研究

随着航空发动机性能需求的不断提升,对发动机作动产品的环境温度要求也不断提高,文章以航空发动机矢量喷管典型作动器产品为研究对象,开展了矢量喷管作动器热设计技术研究。根据作动器所处的外部热环境开展相应的主动冷却散热设计,并对矢量喷管作动器进行热场仿真分析;在研究了冷却结构的散热效果及冷却流量的大小对作动器温度分布影响规律的同时开展了作动器的热环境试验研究,对比分析了仿真和试验研究的结果,验证了主动冷却结构的合理性,为类似作动器冷却结构和系统设计提供一定的参考和指导。

轴对称矢量喷管喉道运动学精度分析及实验

推力矢量技术主要通过控制矢量喷管偏转来实现矢量控制,轴对称矢量喷管具有偏转机构设计简便、矢量作用效果明显等优点,其喉道运动是完成喷气收扩的基础,为了研究其运动规律,设计了三环连杆传动控制结构;建立了喉道运动学及精度分析模型,讨论了A8两铰孔位置误差、电机伸缩量误差、两个铰座孔的位置误差、外环厚度方向误差对喉道的误差影响;设计搭建矢量喷管实体实验平台,通过非矢量运动实验,验证运动学及精度分析模型的正确性,为进一步喉道和喷口控制分析奠定一定基础。

后甲板对S弯激波矢量喷管流动特性的影响

收-扩型S弯激波矢量控制喷管不仅可以显著降低发动机尾部的红外和电磁辐射强度,还可以实现超声速飞机俯仰方向的推力矢量控制,极大地增强了飞机的隐身性和机动性。由于矩形出口需要与后机身融合,通常将下壁面延长作为后甲板,此时喷流的偏转规律与对称出口喷流的偏转规律不同。本文采用数值模拟的方法,比较了有后甲板和无后甲板S弯激波矢量控制喷管的流动特性,分别研究了有后甲板S弯激波矢量控制喷管的长度和角度对其性能的影响。结果表明:在某些工况下,上壁面二次流注入所诱导产生的斜激波会被后甲板反射,不利于向下推力矢量角的产生;当后甲板表面没有发生开式分离时,下壁面出口喷流会沿后甲板表面附壁流动,因此后甲板长度或角度的增加会使喷流速度轴线向下偏转。

航空发动机矢量喷管无线测控系统设计

针对航空发动机矢量喷管与系统电子控制器之间的连线、接口易出现电气故障,导致系统的稳定性、可扩展性差等问题,提出了一种航空发动机矢量喷管无线测控系统方案,并设计了无线传感测量系统和上位机软件。无线传输模块与单片机之间采用SPI通信,解决了传输速率受波特率限制问题,对通信速率和丢包问题进行实验验证,结果表明传输速率由11.4 kb/s提高到675.5 kb/s,连续通信2 h不丢包、不多包。

航空发动机二元矢量喷管控制系统设计及验证

矢量推进和红外隐身能力在现代空战中尤为重要,与之密切相关的是航空发动机尾喷管,根据某型发动机二元矢量喷管的特定工作条件,对其控制系统开展研究,提出了喷管喉道控制和矢量控制双回路双余度的设计方案,实现了在发动机稳态和过渡状态下调节喷口喉道面积、出口面积及矢量偏转,并在故障状态下将矢量喷口控制到安全位置等功能。经计算仿真及整机试验验证,设计方案合理可行,满足某型发动机使用要求。

基于ADAMS的轴对称矢量喷管喷口精度分析

为研究误差对喷口精度的影响,以轴对称矢量喷管为研究对象,利用ADAMS软件的参数化点的功能建立模型并仿真,验证模型有效性;建立衡量喷口精度的指标:偏转角、方位角、喷口面积的测量函数;基于设计研究功能,得出了单一设计变量误差对喷口精度影响的灵敏度;通过ADAMS/Insight模块、蒙特卡洛方法以较快的速度、较少的工作量完成零部件随机设计变量误差的分析。研究结果表明:在随机误差-0.1 mm<μ<0.1 mm的情况下,偏转角仿真值与平均值相对误差为0.675%,方位角为0.847%,喷口面积为0.048%,喷口精度变化较小,可以保证发动机工作范围。

矢量喷管作动器应急回中特性研究

针对军用航空发动机矢量喷管在故障状态下自动将矢量喷管拉回到安全位置的问题,在矢量喷管作动器中引入回中孔。为了保证矢量喷管作动器在航空发动机高温环境下正常工作,在作动器活塞头处设置了用于沟通作动器的两腔的冷却小孔,使得产品具有自动冷却功能。作动器同时设计有回中孔和冷却孔,并给出了两者同时存在时应急回中功能的工作原理。通过建立液压系统的AMESim仿真模型,得到冷却孔大小和管路对回中速度影响的仿真结果。仿真结果表明,冷却孔在一定范围内,伸出/收进回中速度随着冷却孔径的增大而增大/减小;管路越复杂越长,回中速度越低。研究结果对工程研制具有一定的指导意义。

轴对称射流矢量喷管的试验和数值模拟

对基于激波来实现推力矢量的轴对称射流矢量喷管的缩比模型进行了测力和测压试验,用推广到可计算可压缩流的SIMPLE方法其内外流场进行了数值模拟,根据试验和数值模拟结果分析了喷管主流与次流相互作用产生的复杂流场结构、二次流流量和落压比对气动矢量角的影响,在落压比3～6范围内,二次流流量和喷管主流比值增大,气动矢量角增大,两者比值相同时,落压比增大,气动矢量角减小。

激波诱导轴对称气动矢量喷管壁面静压分布的试验

在落压比3～10,次流相对流量0%～20%的情况下,对扩张段开缝的激波诱导轴对称气动矢量喷管模型试验件的壁面静压分布进行了试验.结果表明：次流的注入形成了周向壁面静压差,使喷管内流场呈现明显的三维流动特征;落压比和次流相对流量对喷管的壁面静压分布有较大的影响,并在一定条件下影响到收敛段的流动;在落压比4,次流相对流量大于15%时,激波有可能会碰到周向距次流注入最远处的壁面,使其气流分离并引起壁面静压的升高.

流体注入的轴对称矢量喷管三维流场计算

采用Roe通量差分分裂格式对基于流体注入控制的轴对称矢量喷管内流场进行了数值模拟。流体注入的位置分别为前孔和后孔,注气压强比为0.75～2.0,注气流量比为2.5％～10.0％,矢量角变化范围为2.8°～7.8°。计算结果表明:随着注气流量和注气压强增加,流体注入所产生的喷管矢量角相应增加;注气位置对喷管矢量角影响较大,注气位置靠近喷管尾沿(后孔注气)比注气位置靠近喷管喉部(前孔注气)所产生的矢量角明显增大。

两种流体控制方案矢量喷管内流场计算及分析

在激波诱导和喉道倾斜 2种流体控制方案下 ,对推力矢量喷管的二维内流场进行了数值模拟 .用局部加密的四边形结构网格对流场进行网格划分之后 ,采用二阶迎风离散格式和二方程湍流模型求解强守恒形式的Navier Stokes方程 ,通过对内流场的模拟获得流体控制推力矢量喷管方案的推力矢量特性 .计算结果表明 :对于激波诱导矢量控制方案 ,在小落压比大注气量且后缝注气的情况下所产生的矢量角最大 ;对于喉道倾斜矢量控制方案 ,在扩张片上以与主流成某一角度的方向注入气流产生的矢量角最大且没有带来较大的推力损失 ;

轴对称矢量喷管内流特性的模型试验

在喷管落压比1.5～17的情况下,对3组不同几何尺寸的轴对称矢量喷管模型试验件内流特性进行了试验.结果表明:气动矢量角与几何矢量角呈正比关系;当落压比小于设计落压比时,气动矢量角会出现大于几何矢量角的峰值,并随落压比的增加而逐渐趋近几何矢量角,推力系数并不随几何矢量角增加而显著下降,且与非矢量状态相当;矢量状态下,推力系数与面积比呈正比关系,而对喉道面积的变化不敏感.

矢量喷管六分量测力试验台的研制

为用于矢量喷管试验而研制的新型六分量天平试验台选择台式天平作为测力天平设计方案、对称全弹性波纹管作为连接试验台和固定管道的引气管道 ,采用地轴单元校和地轴多元校获取天平工作公式 ,并采用试验修正消除波纹管的影响。根据天平静校和标准收敛喷管的动校检验 ,该天平性能达到了设计要求 ,说明天平的研制是成功的。

温固耦合下轴对称推力矢量喷管驱动机构的运动精度分析

基于空间AVEN驱动机构的运动学方程,利用全微分理论建立了该机构运动精度分析的数学模型,研究了输入误差、构件加工误差、运动副间隙对机构输出的矢量角和喷口面积的影响;基于ANSYS软件,分析了主要构件收敛调节片、扩张调节片和拉杆在高温高压下的变形对机构输出的矢量角和喷口面积的影响,最后对各影响因素进行综合分析。得出机构的定位参数误差、A9转向环转动角误差及温固耦合作用是影响AVEN驱动机构运动精度的主要因素。

次流喷射控制推力矢量喷管的流场数值模拟

为了探讨次流喷射控制二维推力矢量喷管的性能 ,用时间推进求解N S方程的方法数值模拟了喷管的流场 ,数值格式用中心有限体积格式 ,借助于当地时间步长和隐式残差光顺技术加速收敛 ,得到了在不同二次喷流压力下推力矢量喷管内流场的变化特征。计算结果与实验结果比较有满意的一致性。研究表明 ,应用次流喷射控制主流流动可以实现较大的推力矢量转折 ,但是 ,二次喷流必须具有足够的压力值。

基于次流喷射控制推力矢量喷管的实验及数值研究

应用实验和数值模拟的方法 ,对一种新型的推力矢量喷管—基于次流喷射控制的二维推力矢量喷管的推力矢量性能和流场进行了研究。实验是在西北工业大学小型超高速吹气式风洞中进行 ,测量了在不同的二次喷流情况下 ,推力矢量和流场的变化规律 ;采用时间推进求解 N-S方程的方法数值模拟了二维推力矢量喷管内流场和性能。研究结果表明 ,应用次流喷射控制主流流动可以实现较大的推力矢量转折 ,但是 ,二次喷流必须具有足够的压力值 ;如何从推力矢量工作方式恢复到轴向流动工作方式则是需要进一步研究的问题。

气体二次喷射矢量喷管三维流场计算

采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程和κ-ε湍流模型对气体二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟.比较了在不同喷射参数和不同喷管落压比NPR(Noz-zle Pressure Ratio)下的流场特征,分析了这些参数对矢量偏转效率和推力系数的影响.结果表明,二次流喷射位置、喷射角度和二次流质量流量对矢量角的影响相互耦合,喷管达到最大矢量角时,各参数并不能同时达到各自的最优值;矢量角越大,推力系数越小,推力损失越大;矩形喷射口的推力矢量性能优于圆形喷射口;减小喷管落压比可以提高矢量偏转角度.

轴对称矢量喷管数值模拟及数学模型研究

应用数值模拟方法对轴对称推力矢量喷管的内流场性能进行了研究 ,采用 Jameson提出的有限体积法计算了矢量喷管的内部流场和性能参数 ,分析了性能参数及其相关参数之间的关系 。