高速转向架非线性与高铁车辆安全稳定性裕度

以高速轮轨关系空间为边界条件,分析高速转向架的非线性稳定性、拖车构架点头迟滞非线性和抗蛇行高频卸荷机制,并根据实践经验将提高高铁车辆稳定性裕度的主要途径归纳为2种抗蛇行模式,即大阻尼抑制蛇行和抗蛇行吸能频带。但大阻尼抑制蛇行将带来降低车体横向平稳性和恶化轮轨磨耗等诸多负面影响。因此,针对构架振动报警等高铁应用的新问题,提出基于抗蛇行吸能频带的安全稳定性裕度调控方案,并在台架试验基础上制订了抗蛇行软约束的积极对策,仿真预期结果表明其完全可以保障380 km.h-1运营速度下高铁车辆的安全稳定性裕度。

增强大推力火箭发动机燃烧稳定性裕度的方法

针对重型运载大推力液体火箭发动机自发激励高频燃烧不稳定性的技术风险,总结和分析了影响大推力液氧煤油火箭发动机燃烧稳定性裕度的因素,主要包括燃烧室声学固有频率、燃烧室结构和喷嘴几何结构。结果表明:发动机喷注器附近的推进剂燃烧区、燃烧室收敛段对燃烧室声学固有频率有较大影响;燃烧室长度为燃烧室直径的0.205倍或0.205的奇数倍时有相对最好的燃烧稳定性;气液同轴式喷嘴长度为燃烧室一阶切向振荡频率的0.5倍时,能传递最大的振荡能量。最后,提出了一种增强燃烧稳定性裕度、避免出现切向振型高频燃烧不稳定性的燃烧室设计方法。

同轴离心式喷嘴燃烧稳定性裕度评估

为评估同轴离心式喷嘴燃烧稳定性裕度,开展了两种不同缩进长度喷嘴的稳定性试验研究。试验中燃料流量不变,逐步增加氧化剂流量,两种喷嘴在相同的混合比(2.28)发生振荡燃烧,均对应燃烧器第二阶纵向声模态频率。喷嘴A(缩进长度8.5mm)和喷嘴B(缩进长度12.5mm)最高振荡幅值对应的混合比分别为2.28和2.81。基于二阶非线性耦合振子模型,利用喷嘴稳定燃烧阶段的压力数据,分别从频域和时域识别系统衰减系数,发现两种方法得到的衰减系数在数量上一致,验证了两种分析方法的等价性。喷嘴A在不稳定发生前衰减系数突然增大,喷嘴B衰减系数呈递减趋势,不稳定发生时降到0.03以下,说明衰减系数可以评估喷嘴的稳定性裕度,但需要考虑噪声相干共振等非线性现象的影响。

运用实时频率响应技术确定X—36稳定性裕度

NASA／波音公司的X—36遥控飞机用来验证无尾敏捷性战斗机布局的关键技术。1997年11月，在加州爱德华兹空军基地德赖登飞行研究中心，X—36成功地完成了含31项任务的飞行试验计划。X—36飞行控制系统结构包括每个轴向的单一控制通路，以便估算开环传送函数。采用频率响应技术实时估算单输入、单输出开环传递函数，可以快速安全地扩展X—36的飞行包线。实时稳定性裕度(RTSM)方法取得的飞行数据用来深入分析控制率性能，并指出了提高稳定性裕度所需的修改。RTSM能力大大增加了硬件在环模拟效率，并显著减少了控制率的开发时间。研究证明，只要语音和数据通信可以利用，RTSM频率响应技术就可以从遥控站应用。本文介绍了为X—36飞行试验计划研制的实时稳定性测量技术及从模拟和飞行试验得到的结果。此外，还论述了多输入、多输出奇异值分析在X—36横向控制方面的实时应用。

高速转向架非线性稳定性及安全裕度对策

为了满足新一代高速转向架的安全稳定性裕度要求,在构架振动报警原因分析的基础上,提出了抗蛇行减振器软约束技术对策。运行稳定性分析是指包括临界速度和动态行为在内的综合评价。临界速度取决于轮轨匹配特征,其对轮轨接触及转向架的非线性变化也将产生非常敏感的影响。动态行为评价是按照相关标准规范要求进行的构架横向加速度等安全指标评价。尽管在超临界分叉下轮对小幅值蛇行,但是由于抗蛇行减振器具有高频卸荷机制,拖车转向架动态行为也有可能达到或超过安全限制。构架横向加速度频响对比分析表明:转向架蛇行振荡是其振动频响的主要谐振成份,可以采用抗蛇行减振器软约束方式加以控制。

进口动态总压流场对燃机稳定性裕度影响

为了得到某燃机发生喘振的原因,在燃机进口进行了动态流场测试,对流场中存在的较大涡旋尺度、较大瞬间动态压力畸变以及与进口涡壳共振产生的转速基频脉动等动态流场特点进行了详细研究,获得了进口动态总压流场特点.试验数据和资料分析表明:进口动态流场的特点使发动机稳定裕度损失加大,从而造成发动机喘振.

2-D系统的稳定性问题

以线性矩阵不等式为工具 ,研究有关 2 - D系统第二类 Fornasini- Marchesini模型的稳定性的问题 .首先提出了该类系统的一种 Lyapunov不等式 ,由此给出了该类系统渐近稳定的新的判别条件 .其次 ,给出了该类系统能稳定化的充分条件和反馈矩阵的求法 .最后 ,提出了一种求该类系统的稳定性裕度下界的方法 ,并指出了利用该方法得到的稳定性裕度的下界大于原有文献中给出的下界 .

ITER用校正线圈管内电缆导体稳定性分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)是目前为止大型低温超导磁体的首选导体,CICC在超导储能磁体及大型超导核聚变实验装置中的应用具有不可比拟的优越性。CICC的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此开展关于CICC稳定性的研究对于推广CICC的应用有着重要的实际意义。利用一维数学模型(Gandalf软件)对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了运行电流、运行磁场和He质量流速率对CICC的稳定性裕度影响;同时,将基于热平衡方程的理论结果和仿真实验结果进行比较,验证了理论的可靠性和软件的实用性。

中国聚变工程实验堆纵场超导磁体高性能Nb3Sn CICC导体稳定性分析

针对中国聚变工程实验堆(CFETR)高参数等离子体约束要求,其纵场(TF)混合磁体的设计方案为采用三种不同性能的超导导体绕制,峰值磁场可达14.43T,最大应力超过700MPa。该文结合CFETR纵场磁体面临的稳态以及瞬态热负荷条件,系统分析混合磁体中高性能Nb3Sn四饼线圈在不同扰动长度及扰动时间工况下的稳定性温度裕度和能量裕度,并对背景场强度及有效应变等因素对稳定性裕度的影响进行讨论。结果表明,高性能Nb3SnCICC导体在峰值磁场及-0.7%^-0.5%有效应变预计区间内拥有2.0K以上的温度裕度;但极端条件(B=14.43T,ε=-0.7%)下的电磁扰动(Lp=10m,tp=100ms)对应导体能量裕度仅有11.41mJ/cc,局部恶劣工况下导体能量裕度下降严重的问题亟待解决。针对高场区单饼线圈在典型扰动下行为的计算表明,典型机械扰动(Lp=0.1m,tp=1ms)引起的失超能够在5s内使导体热点温度升高至接近120K,这对磁体失超保护系统提出了较高的要求。

两型超声速进气道平飞减速时的稳定性

通过飞行试验,研究了一种二元斜板式及蚌式超声速进气道在马赫数1.5快收发动机油门平飞减速至马赫数为1.05过程中的畸变及稳定性水平。对比表明:减速过程中二元进气道总压畸变、稳定性裕度均随发动机换算转速的下降减小后保持稳定,而蚌式进气道畸变先上升再下降后保持稳定,稳定性裕度先下降再略微上升后保持稳定。减速过程前半段,蚌式进气道畸变更大,二元进气道稳定性裕度下降更快;减速过程后半段,两型进气道畸变水平接近,稳定性裕度均较低。分析也表明,仅使用流量系数的相对差值计算的进气道稳定裕度反映的进气道流通能力信息比使用总压恢复系数与流量系数之比的相对差值更全面,推荐采用前者作为进气道稳定性裕度评价指标。

基于能量裕度和温度裕度CICC导体数字模拟设计

CICC(Cable-in-Conduit Conductor)超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境中以及给定稳定性裕度、温度裕度、空隙率等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析是非常重要的。因此,文中针对CICC导体设计问题,提出数字模拟设计的想法;推导了关于CICC导体结构矩阵参数的算法;建立了导体数字模拟的模型;同时将数字模拟设计情况与工程设计值进行了比较和分析,结果二者基本吻合。

EAST装置TF馈线新阈值热稳定性分析

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)馈线系统连接超导磁体和高温超导电流引线,为磁体提供馈电通道和失超情况下能量的释放通道,是装置的一个重要部分。近年来,由于纵场(Toroidal Field,TF)馈线系统进口温度升高,出口温度有时超出阈值6.1 K,导致实验终止。为保障EAST实验的继续进行,将TF馈线的出口温度阈值提升至6.5 K。为确定新阈值下超导导体运行安全,通过GANDALF软件对超导导体运行时的温度裕度和稳定性能量裕度进行计算。计算结果表明:在新阈值下,导体的温度裕度大于1.5 K,稳定性裕度大于200 mJ·cm^(-3)。提升阈值后超导导体依旧运行安全。

管内电缆导体稳定性仿真分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)即铠装电缆导体,是由内冷超导体(ICS)发展演变而来的。随着超导技术的发展,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。CICC通常运行在大电流和快变磁场中,它的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此对CICC稳定性研究有很大的实际意义。文中基于一维数学模型(Gandalf软件)的基础上,对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了CICC的稳定性裕度与电缆的运行温度、加热长度和质量流速率之间的关系,根据仿真结果,得出了电缆运行温度、加热长度与氦的质量流速率对CICC稳定性裕度的影响,最后把仿真结果与理论分析进行对比,验证了仿真结果的正确性。

液压减摆器定压活门开启压力对直升机“地面共振”稳定性的影响

＂地面共振＂是直升机研制过程中需要避免的一种自激振动。＂地面共振＂发生时,受到扰动的桨叶不均匀地摆动起来,产生的不平衡的离心力引起了机身在起落架上的振动,同时,机身的振动以基础激励的方式对旋翼系统进行激振。直升机旋翼安装垂直铰减摆器有助于防止直升机＂地面共振＂,同时可以为其提供稳定性裕度[1-2]。液压减摆器利用油液流经节流孔产生的压力损失工作。

聚变堆用Nb_3Sn超导磁体设计分析

文章介绍了Nb3Sn CICC超导磁体的设计分析过程。根据超导磁体设计要求,以零维模型为基础,给出了磁体设计的基本方法与公式,得到了磁体运行的主要性能参数。计算结果表明,导体具有较大的温度裕度和稳定性裕度,磁体的设计是安全可靠的。

CICC超导体数字模拟设计

CICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境以及给定稳定性裕度等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析的研究就显得非常重要。因此文中针对CICC导体设计,提出数字模拟设计的想法,并将数字模拟设计结果与工程设计值进行了比较和分析,二者基本吻合。

CICC导体数值仿真设计研究

管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,简称CICC)是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境中,CICC导体的合理设计是其能否稳定运行的关键。而工程上CICC导体的设计是一个多次尝试和优化的烦琐过程,为此,提出了基于稳定性裕度、温度裕度的导体设计思想,推导了关于CICC导体结构矩阵参数的算法,建立了导体数值模拟的基本设计模型,同时进行了仿真设计,并将数值模拟设计情况与工程设计值进行了比较和分析,结果证明二者吻合的较好。数值仿真设计使工程的工作量相应的减轻,周期缩短。

CICC导体数值模拟设计的发展

管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,简称CICC)是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境中,CICC导体能否稳定运行受多种因素影响,因而对CICC导体的稳定性以及导体的设计进行数值模拟,来简化工程上CICC导体设计研究的复杂烦琐过程,缩短工作周期。目前,国内外关于CICC数值模拟的程序,由于侧重于解决不同的问题,各有利弊。基于此,文中在系统阐述CICC数值模拟领域内的相关情况后,对它们进行了全新的总结和论述,并给出了导体数值模拟研究的一些可能发展方向。

直升机贴地飞行时的驾驶员诱发振荡研究

主要阐述直升机贴地飞行时的驾驶员诱发振荡问题，导出了贴地突防和迅速停止动作、地形跟踪时的“海豚”运动和贴地飞行时滑雪运动条件下诱发振荡时操纵位移和稳定裕度的计算公式，计算了Ｚ─８直升机的纵向试验结果，并进行了误差分析。计算结果表明，所研究的方法是可行的，可推广应用于各种直升机的闭环分析和计算。