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含损伤的无机防弹玻璃的JH2本构模型

高压物理学报 2024年第4期38卷 112-123页

作者：史刘彤黄友奇高玉波贾哲李志豪中北大学航空宇航学院山西太原030051 中国建筑材料科学研究总院有限公司北京100024 中国航天科工集团第六研究院内蒙古呼和浩特010010

防弹玻璃具有良好的抗冲击性能,能够抵御枪弹、爆炸碎片以及其他高速飞行物体的攻击性威胁,广泛应用于安全防护领域。为探究防弹玻璃的无机玻璃层在冲击加载下的动态力学性能及本构关系,首先,采用电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(sp... 详细信息

防弹玻璃具有良好的抗冲击性能,能够抵御枪弹、爆炸碎片以及其他高速飞行物体的攻击性威胁,广泛应用于安全防护领域。为探究防弹玻璃的无机玻璃层在冲击加载下的动态力学性能及本构关系,首先,采用电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,获得了不同应变率下材料的拉伸和压缩力学性能,结果表明,无机玻璃具有明显的应变率效应,材料强度随应变率的升高而增大。其次,借鉴土力学三轴围压试验,设计了适用于本研究的高强围压套筒,测试了完全损伤条件下玻璃颗粒的力学性能,发现其强度明显低于完整状态下无机玻璃的强度。最后,结合试验数据构建了含损伤无机玻璃的JH2本构模型,采用非线性有限元软件LS-DYNA模拟了材料在SHPB加载下的压缩过程,通过对比试验结果与模拟结果,验证了本构模型的有效性。

关键词：无机玻璃力学性能本构关系损伤

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超声速盘缝带伞不同盘收口比下气动性能研究

北京航空航天大学学报 2024年

作者：代雨柔李健荣伟薛晓鹏黄明星方康北京空间机电研究所中南大学自动化学院中国航天科技集团有限公司航天进入减速与着陆技术实验室

随着我国行星探测工程的发展，未来火星着陆探测器的质量将进一步增大，这需要降落伞的面积依比例增大，提供相应的稳降速度性能，但同时也需将开伞力保持在有限范围内，以免探测器付出过多的质量用于提高结构强度。这两种需求是相互矛... 详细信息

随着我国行星探测工程的发展，未来火星着陆探测器的质量将进一步增大，这需要降落伞的面积依比例增大，提供相应的稳降速度性能，但同时也需将开伞力保持在有限范围内，以免探测器付出过多的质量用于提高结构强度。这两种需求是相互矛盾的，传统一次充气展开的盘缝带伞无法同时满足。对超声速盘缝带伞进行盘收口是满足上述需求的有效途径之一。本文以火星环境为背景，采用流固耦合仿真分析，得到收口比与阻力系数比、投影面积比、收口绳载荷的函数关系；采用CFD仿真分析方法，研究盘缝带伞的稳定性特征。本文的研究表明，盘收口盘缝带伞能够实现阻力性能的受控变化，能够提供满足工程应用的稳定性能，本文研究结果可为收口盘缝带伞的工程设计提供参考。

关键词：盘缝带伞收口技术盘收口阻力特征稳定性

高超声速飞行器结构/气动/推力耦合动力学建模方法

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空气动力学学报 2024年

作者：王高瞻谢长川刘晨宇程杰中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所北京航空航天大学航空科学与工程学院

高超声速飞行器采用细长体布局和推进-机体一体化设计，并大量使用轻质材料、薄壁结构。这些因素造成推进系统与气动力、结构变形之间存在严重的相互影响，带来特殊的推力-气动弹性耦合问题。针对此类问题，开展一体化动力学建模与分析... 详细信息

高超声速飞行器采用细长体布局和推进-机体一体化设计，并大量使用轻质材料、薄壁结构。这些因素造成推进系统与气动力、结构变形之间存在严重的相互影响，带来特殊的推力-气动弹性耦合问题。针对此类问题，开展一体化动力学建模与分析方法研究，首先基于飞行力学小扰动理论建立动力学方程，并引入当地流活塞理论显式气动力模型、模态法结构变形模型和准一维超燃冲压发动机模型等兼顾分析精度和效率的子学科模型，最终提出了一种结构-气动-推力耦合的吸气式高超声速飞行器动力学建模方法。采用此方法针对类似X-43的典型高超声速飞行器二维模型算例进行动力学稳定性分析，分析推力及弹性耦合对算例飞行器动力学特性产生的影响，并对关键耦合参数进行变参分析。分析结果验证了建模方法的可行性，并证明了推力-气动弹性耦合对算例飞行器动力学特性的特殊影响，其中推力耦合会显著降低长周期稳定性，弹性耦合会略微增加短周期稳定性，而舵偏振动耦合则会显著降低短周期稳定性。

关键词：高超声速飞行器气动弹性动力学建模推力耦合超燃冲压发动机

多工艺参数对预浸料摩擦系数的影响及机器学习预示方法

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复合材料学报 2024年

作者：宋锋张佳晨吕柄熠王时玉校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院中国航天科技集团有限公司

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精... 详细信息

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精度低，无法满足高质量成型要求。本文设计了面向多工艺参数的碳纤维预浸料摩擦试验方法，研究了速率、法向力、粘度、表面粗糙度、接触材料、纤维方向等工艺参数对摩擦系数的影响规律，以典型纤维方向[0°/45°/90°]为例，揭示了不同纤维方向的界面摩擦机理。为实现多工艺参数下摩擦系数的快速、准确预示，建立了基于支持向量回归(SVR)的预浸料摩擦系数预示模型。开展相对纤维方向为[30°/0°]和[60°/0°]的预浸料/预浸料界面摩擦系数的试验和预测，两者偏差小于7%。

关键词：碳纤维预浸料多工艺参数摩擦机器学习

吸气式电推进系统进气道性能数值研究与可行性分析

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航空学报 2024年

作者：苏鹏辉靳旭红姚雨竹程晓丽中国航天空气动力技术研究院中国航天科技集团有限公司航天飞行器气动热防护实验室清华大学航天航空学院

针对上层大气层吸气式电推进系统进气道的宽范围设计难题，采用直接模拟Monte Carlo方法对进气道内部流动问题进行了系统的数值模拟，考虑进气道几何外形和气固相互作用(gas-surface interaction, GSI)的影响，从气体动理论的角度阐明... 详细信息

针对上层大气层吸气式电推进系统进气道的宽范围设计难题，采用直接模拟Monte Carlo方法对进气道内部流动问题进行了系统的数值模拟，考虑进气道几何外形和气固相互作用(gas-surface interaction, GSI)的影响，从气体动理论的角度阐明了其作用机理，并开展了进气道的性能评估和可行性分析。结果表明，对于GSI为完全漫反射的情形，内凹型进气道的汇聚作用导致其气体压力和质量通量最大，且高压区域最靠近电离加速段；内凸型的发散作用导致其气体压力和质量通量最小，且高压区远离电离加速段。对于GSI适应系数σ为0.5的情形，由于气体分子在内凹型压缩段类抛物面发生镜面反射后的汇聚作用，压缩比和质量通量在电离加速段的类焦点位置存在局部峰值。GSI适应系数的降低能明显提高进气道的压缩性能和收集性能，σ从1降低到0.5导致电离加速段的压缩比升高85%～125%，收集效率增大55%～77%。无论GSI为完全漫反射还是部分漫反射部分镜面反射，内凹型进气道的压缩性能和收集性能最好，在电离效率和排气速度的合理假设下，对于180 km的飞行高度，适应系数σ=0.5的内凹型进气道产生的推力大于阻力，因此在概念上是可行的。

关键词：上层大气层吸气式电推进进气道设计气固相互作用气体压缩和收集

某惯性测量单元电子线路板环境应力筛选振动试验研究

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航空精密制造技术 2024年第2期60卷 14-17页

作者：刘帅康汪建成程昊杨朋军郭秦师祥利中国航天科技集团公司九院第16研究所西安710100

为防止某惯性测量单元电子线路板环境应力筛选振动试验发生“过筛选”的问题,本文提出一种基于优化设计电路安装支架结合传感器多点平均控制的试验方法,该方法能够有效降低电子线路板响应量级,可为防止电子线路板环境应力筛选振动试验... 详细信息

为防止某惯性测量单元电子线路板环境应力筛选振动试验发生“过筛选”的问题,本文提出一种基于优化设计电路安装支架结合传感器多点平均控制的试验方法,该方法能够有效降低电子线路板响应量级,可为防止电子线路板环境应力筛选振动试验“过筛选”提供参考和思路。

关键词：环境应力筛选振动试验过筛选多点平均控制

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端齿盘在三自惯组精密机械锁定中的应用研究

航空精密制造技术 2024年第1期60卷 24-27页

作者：汪建成刘帅康刘勇男杨朋军赵创中国航天科技集团公司九院第16研究所西安710100

本文以“三自”(自标定、自对准、自检测)惯组的研制为背景,论述了端齿盘啮合锁紧定位装置的原理,研制过程中端齿盘啮合锁紧定位装置的设计、应用及试验情况,得出结论三自惯组采用端齿盘啮合锁紧定位装置可实现可靠精密机械锁定,锁定重... 详细信息

本文以“三自”(自标定、自对准、自检测)惯组的研制为背景,论述了端齿盘啮合锁紧定位装置的原理,研制过程中端齿盘啮合锁紧定位装置的设计、应用及试验情况,得出结论三自惯组采用端齿盘啮合锁紧定位装置可实现可靠精密机械锁定,锁定重复性可达2″。

关键词：三自惯组端齿盘精密机械锁定

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空间可展薄膜阵列天线构型设计与验证

机械工程学报 2024年第3期60卷 11-19页

作者：谢超张恩杰严飙高峰杨金平房光强王治易上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海宇航系统工程研究所上海201108 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201108

面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构... 详细信息

面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构的一阶扭转振动频率近似解,指导了薄膜天线结构动力学特性的快速分析与参数设计,相比于非线性有限元法,具有高效便捷的特点。其次,研究了薄膜天线主梁截面半径、框架长宽比、张力大小等特性参数对天线振动频率的影响,给出了结构参数的优选范围,通过仿真和试验方法验证了参数设计的合理性。最后,介绍了薄膜天线在轨展开验证情况,试验表明在卫星姿态机动扰动下天线结构保持稳定,验证了结构设计的可行性。

关键词：空间天线可展开薄膜阵列天线构型设计在轨验证

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球型调节阀液动力矩特性仿真及优化设计

火箭推进 2024年第3期50卷 53-64页

作者：梁文栋许健刘博李有志北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

为了获得液体火箭发动机调节阀的液动力矩特性,采用kubota空化模型和标准k-ε湍流模型针对某型调节阀在发动机运行工况下的空化流动开展了数值仿真研究,通过与液流实验数据的对比验证模型准确性,并定量分析了阀芯液动力矩的影响因素、... 详细信息

为了获得液体火箭发动机调节阀的液动力矩特性,采用kubota空化模型和标准k-ε湍流模型针对某型调节阀在发动机运行工况下的空化流动开展了数值仿真研究,通过与液流实验数据的对比验证模型准确性,并定量分析了阀芯液动力矩的影响因素、分布特性和演化规律。研究结果表明:阀芯液动力矩大小取决于开度、压差和阀芯流道直径。相同压差下,开度由10°增加至80°,液动力矩单调增加,方向均为使阀芯关闭。相同开度下,压差分别增至3倍和5倍,液动力矩分别变化为原来的3倍和5倍左右。液动力矩分布主要由密封面力矩和主流道力矩两部分组成。随着开度的增加,密封面力矩先减小后增加,主流道力矩先增加后减小。阀芯流道直径由70 mm减小为60 mm,液动力矩最大值增加了24.5 N·m。这是因为相同发动机工况下,减小流道直径使得阀芯开度增加,主流道力矩增加数值大于密封面力矩减小数值,所以总液动力矩呈增加特征。提出了削去原始模型主流道下壁面区域的优化方案,优化模型在100%工况时液动力矩仅为13.2 N·m,且优化模型的流通面积保持不变。与降低流道直径的优化方案相比,所提出的针对主流道下壁面优化方案液动力矩最大值减小了94.4 N·m,大大减轻了控制电机的负荷,已成功经过多次发动机试车考核,提高了液体火箭发动机的可靠性,并为实现发动机轻量化提供了重要参考。

关键词：调节阀液动力矩数值仿真影响因素优化设计