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基于安定分析及参数化建模的密封舱结构优化设计

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基于安定分析及参数化建模的密封舱结构优化设计

作者：王新北京交通大学

学位级别：硕士

深空探测是我国当前和未来航天领域的发展重点之一。对于航天器而言,一点微小的减重所能带来的效益是巨大的,因此轻量化需求十分迫切。壁板式密封舱结构是返回式航天器的主要金属部件,其载荷复杂、可靠性要求高、结构优化目标不易实现... 详细信息

深空探测是我国当前和未来航天领域的发展重点之一。对于航天器而言,一点微小的减重所能带来的效益是巨大的,因此轻量化需求十分迫切。壁板式密封舱结构是返回式航天器的主要金属部件,其载荷复杂、可靠性要求高、结构优化目标不易实现。密封舱设计中要求结构既要轻又要保证安全,以弹性极限为核心的传统设计方法难以在保证强度的前提下有效实现结构减重,需引入新的设计理论。使用安定性理论进行分析可以从整体上对结构进行评估,获得结构极限承载的状态。将这一设计理论推进到航天等工程应用上,将创造重大的经济价值和社会价值。本文使用适用于轴对称与实体单元的安定分析数值方法,基于安定理论对密封舱结构承载能力进行分析评估,并通过试验对安定现象进行了验证。说明了将舱体的载荷水平提升至安定载荷,结构也只在局部薄弱区域内发生并不显著的累积塑性变形。与纯弹性设计相比,密封舱的许用载荷水平提高了将近一倍,这也意味着结构有进一步进行优化的裕度。在此基础上提出了一种密封舱结构设计与优化方法。该方法使用Abaqus参数化建模方法对不同参数组合下模型进行了批量化安定分析。在得到各种设计构型的安定载荷因子后进行了详尽的敏感度分析,综合考虑了各构型的质量-强度关系并给出了效率较高的设计方案。说明了将安定分析用于密封舱结构,可以在保持质量不变的前提下,通过优化结构尺寸有效提高承载能力。图51幅,表6个,参考文献56篇。

关键词：安定分析密封舱参数化建模结构优化

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载人飞船密封舱漏热问题研究

宇航学报 2012年第2期33卷 145-152页

作者：卢威钟奇黄家荣范含林周捷禹明刚中国空间技术研究院总体部北京100094

密封舱漏热是载人飞船热控系统设计中必须考虑的一个关键因素,是影响飞船热平衡和舱内温度的一项重要参数。建立了求解密封舱漏热的热物理模型,分析了各种参数对密封舱漏热的影响。结果表明:(1)在一定温度范围内,密封舱漏热与舱内空气... 详细信息

密封舱漏热是载人飞船热控系统设计中必须考虑的一个关键因素,是影响飞船热平衡和舱内温度的一项重要参数。建立了求解密封舱漏热的热物理模型,分析了各种参数对密封舱漏热的影响。结果表明:(1)在一定温度范围内,密封舱漏热与舱内空气温度近似呈线性关系;(2)返回舱漏热高于轨道舱,主要原因是导热热阻的基数偏小;(3)漏热随外热流增大而减小,返回舱漏热波动较大,调节其热控涂层的αS和εh值将导致返回舱漏热和漏热波动出现相反变化,为同时减小漏热和漏热波动,推荐采用较低αS和εh值的热控涂层;(4)返回舱漏热受舱内壁对流换热系数影响较大,特别在2W/(m2.K)附近。

关键词：载人飞船漏热密封舱热控

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航天器密封舱压力模拟控制方法研究

真空科学与技术学报 2014年第10期34卷 1076-1080页

作者：武越许忠旭裴一飞北京卫星环境工程研究所北京100094

带有密封舱段的航天器进行热平衡试验时,为了模拟空间微重力下的气体换热方式,需要对密封舱内的压力进行调节与控制。文章研究了航天器密封舱压力模拟控制的特征,根据这些特征,采用特殊的方法解决了真空低温环境下远距离真空压力柔性管... 详细信息

带有密封舱段的航天器进行热平衡试验时,为了模拟空间微重力下的气体换热方式,需要对密封舱内的压力进行调节与控制。文章研究了航天器密封舱压力模拟控制的特征,根据这些特征,采用特殊的方法解决了真空低温环境下远距离真空压力柔性管道的密封与绝热、密封舱内压力准确测量、密封舱内压力连续控制与调节、密封舱内环境状况分析与监测、快速抽除与收集密封舱中大量沸点较高的可凝性蒸汽等难题,成功地对大型航天器密封舱在微重力状态下的气体换热情况进行了地面模拟,使密封舱内的仪器设备经受了考核。

关键词：航天器热平衡试验密封舱压力控制

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密封舱气体置换过程仿真与分析研究

系统仿真学报 2018年第1期30卷 114-121页

作者：关晓辉周林中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621000

基于近似解析估算以及CFD数值仿真的方法,对具有狭缝联通特征的密封舱空腔进行多组分气体置换过程仿真计算分析,并基于计算结果进行不同置换方式和参数对置换效果的影响效果分析。基于估算和仿真方法对使用不同气流速度的混合置换与加... 详细信息

基于近似解析估算以及CFD数值仿真的方法,对具有狭缝联通特征的密封舱空腔进行多组分气体置换过程仿真计算分析,并基于计算结果进行不同置换方式和参数对置换效果的影响效果分析。基于估算和仿真方法对使用不同气流速度的混合置换与加压置换过程进行计算和分析的结果表明:对于狭缝联通空腔的气体置换效果,混合置换近似估算的结果偏保守,而加压置换近似估算结果偏乐观;对狭缝联通空腔进行混合置换时,从容积较小的空腔充入置换气体,容积较大的空腔抽出气体可取得较高的置换效率;在确定气体置换方式时,可根据不同方法的置换效率变化,选择相应的置换方式,或不同置换方式的组合。

关键词：多组分气体置换 CFD 密封舱仿真

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土压平衡盾构机密封舱压力控制实验研究

煤炭学报 2011年第6期36卷 934-937页

作者：李守巨屈福政曹丽娟孙伟刘博大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 大连海洋大学机械工程学院辽宁大连116023

为了解决土压平衡盾构机密封舱压力自动控制问题,建立了密封舱压力控制机理模型和实验台。根据实验台观测数据,采用系统辨识方法识别控制模型中的参数。以优化理论为基础,提出了密封舱压力稳健控制方法。实验研究结果表明,所建立的压力... 详细信息

为了解决土压平衡盾构机密封舱压力自动控制问题,建立了密封舱压力控制机理模型和实验台。根据实验台观测数据,采用系统辨识方法识别控制模型中的参数。以优化理论为基础,提出了密封舱压力稳健控制方法。实验研究结果表明,所建立的压力控制机理模型、模型参数辨识方法和优化控制策略是有效的。

关键词：土压平衡盾构机密封舱压力控制系统辨识

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土压平衡盾构机密封舱土压力控制方法

煤炭学报 2010年第3期35卷 402-405页

作者：上官子昌李守巨孙伟栾茂田刘博大连理工大学土木水利学院辽宁大连116024 大连水产学院土木工程学院辽宁大连116024 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

基于有限元数值模拟方法,建立了密封舱土压力控制的参考模型。以密封舱渣土的Dun-can-Chang非线性弹性本构模型为基础,建立了盾构机密封舱土压力与盾构机推进速度和螺旋输送机转速的映射关系,提出了盾构机密封舱土压力优化控制模型。数... 详细信息

基于有限元数值模拟方法,建立了密封舱土压力控制的参考模型。以密封舱渣土的Dun-can-Chang非线性弹性本构模型为基础,建立了盾构机密封舱土压力与盾构机推进速度和螺旋输送机转速的映射关系,提出了盾构机密封舱土压力优化控制模型。数值模拟结果表明,该方法对于有效控制密封舱土压力行之有效且易于实现。

关键词：盾构机密封舱土压力控制

海洋水下发电机密封舱自动增压系统设计与实现

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太阳能学报 2021年第10期42卷 374-378页

作者：邓颖王迎杨东宇徐明奇东北师范大学物理学院长春130024 吉林省先进能源开发及应用创新重点实验室长春130024

针对海洋水下发电装置存在的问题和发展现状进行分析,设计一种防止海水腐蚀和生物附着发电机的密封舱自动增压系统,并在实验室条件下进行测试。试验数据和结果表明:该系统可根据当前海水压力自动增加舱内气体压力,使舱内压力始终大于舱... 详细信息

针对海洋水下发电装置存在的问题和发展现状进行分析,设计一种防止海水腐蚀和生物附着发电机的密封舱自动增压系统,并在实验室条件下进行测试。试验数据和结果表明:该系统可根据当前海水压力自动增加舱内气体压力,使舱内压力始终大于舱外压力,防止海水渗漏到舱内,避免海水腐蚀和生物附着发电机;该系统还可实时监测发电装置运行过程中的各项基本参数,从而有效判断发电装置的工作状态,可作为监控海洋水下发电装置工作状态的有效手段,提高海洋能发电装置的可靠性。

关键词：海洋发电机压力密封舱腐蚀监控

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卫星密封舱湿度控制技术的应用研究

中国空间科学技术 2006年第3期26卷 47-51页

作者：张加迅李劲东孙耀赤中国空间技术研究院北京100094 兰州物理研究所 730000

通过实验验证和热力学分析相结合的方法，对卫星密封舱湿度控制技术进行了应用研究。由卫星的热试验和在轨飞行试验可知，通过利用相机胶片的水汽含量、设置湿控子系统及进行临射前舱内湿度调控等方法，能够使卫星密封舱内局部区域的相... 详细信息

通过实验验证和热力学分析相结合的方法，对卫星密封舱湿度控制技术进行了应用研究。由卫星的热试验和在轨飞行试验可知，通过利用相机胶片的水汽含量、设置湿控子系统及进行临射前舱内湿度调控等方法，能够使卫星密封舱内局部区域的相对湿度控制在30％～60％的范围内，满足相机要求。通过研究可得，热控系统所采取的卫星湿度控制技术是成功的，保证了卫星任务的圆满完成。

关键词：湿度控制热控制密封舱人造卫星应用研究

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航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

工程热物理学报 2002年第3期23卷 333-335页

作者：李劲东邵东兵北京空间飞行器总体设计部北京100086

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封... 详细信息

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。

关键词：航天器密封舱微重力对流换热数值分析