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热塑性预浸料赋形褶皱缺陷的全局灵敏度分析

复合材料学报 2024年第2期41卷 1070-1079页

作者：张佳晨郭渊吕柄熠校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院西安710072 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司镇江212001 中国航天科技集团有限公司北京100048

复合材料复杂构件成型过程中极易产生褶皱,影响构件成型质量和承载性能,因而迫切需要建立成型工艺参数对预浸料褶皱的定量映射关系,支撑构件的低缺陷成型制造。本文发展了一种多工艺参数耦合的热塑性预浸料褶皱缺陷全局灵敏度分析方法... 详细信息

复合材料复杂构件成型过程中极易产生褶皱,影响构件成型质量和承载性能,因而迫切需要建立成型工艺参数对预浸料褶皱的定量映射关系,支撑构件的低缺陷成型制造。本文发展了一种多工艺参数耦合的热塑性预浸料褶皱缺陷全局灵敏度分析方法。基于非正交本构模型发展了热塑性预浸料宽温域赋形变形有限元仿真方法,将预浸料与模具的距离和预浸料面外弯曲的曲率相结合,提高了褶皱缺陷定量表征的可靠性,最终采用基于方差的Sobol全局灵敏度指标,建立了一套能够定量计算赋形工艺参数对褶皱缺陷影响程度的全局灵敏度分析方法。通过典型平纹碳纤维/聚碳酸酯(CF/PC)材料单穹顶成型过程验证,结果表明:在200~250℃温度范围和0.2~2.0 kPa压强范围内,赋形温度对CF/PC预浸料褶皱缺陷的影响大于赋形压强,而且赋形过程中存在温度和压强的双参数耦合作用。

关键词：热塑性预浸料有限元分析褶皱缺陷全局灵敏度分析定量分析

外源激励作用下火箭发动机输流管路振动特性研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 60-70,207页

作者：苏勇何江张淼宫武旗西安交通大学能源与动力工程学院西安710048 中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所西安710100

液氧煤油火箭发动机中煤油输送管路除受到管内高压流体自激激励外,还受到外来压力脉动、发动机主体振动等外源激励,因此经常发生强烈振动,已严重威胁火箭发动机安全。该研究建立了包含波纹管、多段弯管和其他附属结构的三维管路模型,采... 详细信息

液氧煤油火箭发动机中煤油输送管路除受到管内高压流体自激激励外,还受到外来压力脉动、发动机主体振动等外源激励,因此经常发生强烈振动,已严重威胁火箭发动机安全。该研究建立了包含波纹管、多段弯管和其他附属结构的三维管路模型,采用双向流固耦合方法,对输送管路的振动特性进行研究。研究结果表明,管道低频振动由流体自激的压力脉动引起,高频振动源于发动机主体振动,而外来压力脉动激励对管道振动无明显影响。另外,可视化结果表明热试车工况下,管道振动剧烈位置主要集中在进出口与两个波纹管之间,而波纹管、弯管和支撑处的应力值较大,是容易结构失效的危险位置,应重点关注。研究结果对发火箭发动机结构优化有积极意义。

关键词：火箭发动机振动外源激励高压流固耦合

SiC复合包壳在辐照后LOCA工况下的热力耦合行为及其影响机制研究

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力学季刊 2024年第3期 625-637页

作者：王金强陈露宁卢志威王诗槐任啟森薛佳祥丁淑蓉复旦大学航空航天系力学与工程仿真研究所中广核研究院有限公司

碳化硅(SiC)复合包壳的热-力学性能和抗辐照性能较强，是一种优异的轻水堆事故容错燃料包壳，其结构完整性对反应堆安全运行至关重要．本文综合考虑各层材料的辐照效应，开展了SiC复合包壳在轻水反应堆稳态运行1 146天后发生失水事故(Lo... 详细信息

碳化硅(SiC)复合包壳的热-力学性能和抗辐照性能较强，是一种优异的轻水堆事故容错燃料包壳，其结构完整性对反应堆安全运行至关重要．本文综合考虑各层材料的辐照效应，开展了SiC复合包壳在轻水反应堆稳态运行1 146天后发生失水事故(Loss of Coolant Accident, LOCA)期间的热-力耦合行为数值模拟，获得了CVD-SiC单质层的第一主应力分布和演化规律，并对应力演化的影响机制开展了分析．结果表明：LOCA期间内部CVD-SiC单质层的最大拉应力先迅速增加，后缓慢增加，存在开裂的风险；包壳外压降低是内部CVDSiC单质层最大拉应力及复合材料层损伤因子快速增加的重要原因；内压随着温度的升高而增大，是内部CVDSiC单质层最大拉应力及复合材料层损伤因子继续增加到峰值的原因；复合包壳管在稳态运行阶段存在较大的径向温差，由于LOCA初期温差的降低引起的热应力对内部CVD-SiC单质层的最大拉应力也产生了显著的影响，有望通过提高碳化硅纤维增强复合材料的热导率来降低复合包壳管的失效风险．

关键词：失水事故 SiC复合包壳热-力耦合辐照效应数值模拟

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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

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膨胀循环氢氧发动机火炬点火系统方案研究

导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第3期 38-44页

作者：李锦江刘恒刘登丰褚宝鑫张楠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

针对膨胀循环氢氧发动机多次点火需求,开展了火炬式电点火系统方案论证和仿真研究,明确了较为合理的低压火炬式电点火系统方案,并完成整机级试验验证。结果表明,氢主阀打开瞬间点火室混合比波动较大,可能造成结构烧蚀;从氢涡轮前引气氢... 详细信息

针对膨胀循环氢氧发动机多次点火需求,开展了火炬式电点火系统方案论证和仿真研究,明确了较为合理的低压火炬式电点火系统方案,并完成整机级试验验证。结果表明,氢主阀打开瞬间点火室混合比波动较大,可能造成结构烧蚀;从氢涡轮前引气氢、氧泵后引液氧的方案烧蚀风险较小,但对发动机起动和稳态特性有一定影响。试验验证了仿真分析结果,实现了中国液体火箭发动机首次低压火炬式电点火起动,初步表明点火系统方案可行。

关键词：膨胀循环氢氧发动机火炬式电点火系统方案仿真

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柔翼结构飞行器智能控制系统关键技术与途径

中国空间科学技术（中英文） 2024年第4期44卷 59-70页

作者：贾贺刘靖雷马可瑶闫云龙裴晓燕刘海烨王永滨南京航空航天大学航空学院南京210016 北京空间机电研究所北京100094 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北京100094

柔翼结构飞行器具有轻质、空间集成、重复使用、有较大的阻力面积和升力系数等优点,可实现巡航飞行、低速驻空、再入返回、气动减速、定点归航、着陆缓冲等功能,是当前的研究热点。智能控制系统是柔翼结构飞行器飞航与回收着陆系统的核... 详细信息

柔翼结构飞行器具有轻质、空间集成、重复使用、有较大的阻力面积和升力系数等优点,可实现巡航飞行、低速驻空、再入返回、气动减速、定点归航、着陆缓冲等功能,是当前的研究热点。智能控制系统是柔翼结构飞行器飞航与回收着陆系统的核心技术之一,结合智能技术在控制系统中的应用研究与工程实践,对柔翼结构飞行器智能控制系统及其技术特征进行了分析;介绍了刚-柔组合体一体化控制与仿真、环境感知与健康状态在线评估、航迹规划与跟踪飞行控制、集群飞行控制、着陆与缓冲智能控制、智能硬件容错与重构等关键技术。对柔翼结构飞行器智能控制系统的未来发展进行了思考,提出了飞行环境的智能及柔性感知、气动参数的在线识别、多任务模式自主执行及控制系统的演进学习等发展建议,通过对智能控制技术持续不断地研究与实践,为柔翼结构飞行器系统的研制提供强有力的支撑。

关键词：柔翼结构飞行器智能控制关键技术感知-演化-决策-执行

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10 kWe空间堆闭式布雷顿系统驱动单元设计

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火箭推进 2024年第4期50卷 140-148页

作者：连军伟贺雷林蓬成车雪娇周永华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 北京航天动力研究所北京100076

针对空间反应堆要求能量密度高和长寿命等特点,提出一种以气体箔片轴承作为支承,高效率径流式叶轮作为驱动的离心式压气机设计方案。以特定流量、压力、功率和效率作为设计依据,进行叶轮的气动设计,得到高效率压气机和高效率径流式涡轮... 详细信息

针对空间反应堆要求能量密度高和长寿命等特点,提出一种以气体箔片轴承作为支承,高效率径流式叶轮作为驱动的离心式压气机设计方案。以特定流量、压力、功率和效率作为设计依据,进行叶轮的气动设计,得到高效率压气机和高效率径流式涡轮模型。基于有限元法,对径向气箔轴承的顶箔变形分别采用欧拉梁和厚板模型进行表达,并结合Reynolds方程进行求解,厚板模型的计算结果准确反映了顶箔沿轴向的变形,由此得到的气膜厚度、气膜压力和承载力更加符合实际,在厚板模型基础上求得轴承动态刚度和阻尼系数更为合理。选取合理的轴承模型获取了转子系统的临界转速和闭式布雷顿系统的最低起飞转速,并由线性轴心轨迹得知转子系统在额定工况具有更好的稳定性。最后对止推箔片轴承的承载特性进行了分析,提出了装配注意事项,为10 kWe空间堆闭式布雷顿系统驱动单元样机研制提供了理论指导。

关键词：空间核反应堆布雷顿系统离心式压气机气箔轴承拉杆转子

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膨胀循环氢氧发动机低箱压起动特性研究

低温工程 2024年第2期 86-91页

作者：李锦江吴瑾清孙慧娟崔荣军张楠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

为满足长时间在轨低温上面级对发动机低入口压力起动的需求,对膨胀循环氢氧发动机低箱压起动特性进行了仿真和试验研究,建立了较为准确的起动特性仿真模型,完成了地面环境和高空模拟环境氢入口低箱压起动试验。结果表明,氢入口压力越低... 详细信息

为满足长时间在轨低温上面级对发动机低入口压力起动的需求,对膨胀循环氢氧发动机低箱压起动特性进行了仿真和试验研究,建立了较为准确的起动特性仿真模型,完成了地面环境和高空模拟环境氢入口低箱压起动试验。结果表明,氢入口压力越低,发动机起动加速性越慢,两者呈类似双曲线关系;降低喷管出口背压有利于发动机起动,氢入口压力越低,背压对起动加速性的影响越大。

关键词：膨胀循环发动机低箱压起动特性 AMESim

基于动态成本卷积的复杂产品批产路径优化问题建模与求解研究

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2013-2022页

作者：杨丽颖杨锐意崔新豪张思悦陈练肖依永核工业理化工程研究院离子输运与富集全国重点实验室天津300180 北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 中国船舶集团有限公司第七一四研究所北京100101

具有复杂工艺路线的装备产品,其生产系统设计的待决策变量之间通常相互耦合、相互影响,对产品最终的批产成本产生着影响,构成了较为复杂的组合优化问题。对此,提出一种基于动态成本卷积的复杂产品批产路径优化模型。该模型考虑了复杂产... 详细信息

具有复杂工艺路线的装备产品,其生产系统设计的待决策变量之间通常相互耦合、相互影响,对产品最终的批产成本产生着影响,构成了较为复杂的组合优化问题。对此,提出一种基于动态成本卷积的复杂产品批产路径优化模型。该模型考虑了复杂产品工艺路线的各节点均可能存在多种生产设计选项,在各选项对应着不同生产投入和批量效率的情况下,以最终交付产品的批产成本最小化为目标输出生产系统设计和成本卷积路径。同时,建立了混合整数规划模型,并通过对模型中非线性成分实施可控精度线性化,将模型换化为可最优求解的线性模型。最后,针对某连续生产行业设计了小、中、大规模实验算例,验证了所提模型的可行性、合理性和求解效率。

关键词：批产成本成本卷积路径优化优化模型

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