低温风洞电动推杆热防护结构设计及传热分析

摘要

随着航空航天技术的快速发展，风洞试验已成为在地模拟飞行器实际运行不可或缺的重要方法。现有常规风洞受结构及动力装置等各方面因素的限制，无法在全尺寸 Re 内对飞行器进行模拟试验，致使结果失真甚至错误，造成不可估量的损失。为提高风洞内 Re，使之接近或达到飞行器实际运行值，一般通过降低风洞工作温度来实现。低温风洞正常运行时，洞体内部达到深冷状态，若将风洞内部元器件直接暴露于低温环境中将会致其无法正常工作甚至损坏。 为保证低温风洞内元器件的正常运行，针对低温风洞中工作的电动推杆元件设计了热防护结构，并基于数值模拟软件对所设计的热防护结构进行了结构分析和传热分析。主要工作如下： （1）低温风洞电动推杆热防护结构设计。基于低温风洞运行环境和热防护技术指标设计了聚氨酯发泡和真空绝热两种热防护结构，通过对比选用聚氨酯发泡为电动推杆热防护结构。鉴于电机发热与低温工况下电动推杆局部低温，设置气体冷却系统与局部加热元件，以满足热防护结构的功能要求。 （2）热防护结构非线性屈曲及强度分析。考虑材料非线性和结构初始几何缺陷，通过 ANSYS 软件建立了屈曲分析有限元模型并进行分析，确定了结构最大屈曲位置，得到了初始几何缺陷大小、形式与非线性屈曲临界压力的关系，同时计算了结构应力强度。表明所设计的热防护结构能满足稳定性及强度要求。 （3）热防护结构传热分析。建立了热防护结构传热数值计算模型，并对其进行传热分析，获得了冷却气体流量、进出口位置、加热片加热功率和聚氨酯发泡绝热层厚度等因素对电动推杆元件温度分布的影响规律。通过优化确定合理工艺参数，表明电动推杆缸体、缸杆温度能够维持在 263K～313K 的规定范围内，并满足温度稳定性和均匀性要求。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 低温热防护技术发展概况

1.3 低温风洞热防护技术发展现状

1.4 课题来源及研究内容

第2章 低温风洞电动推杆热防护结构设计

2.1 相关参数及技术指标

2.2 热防护结构设计

2.3 本章小结

第3章 热防护结构稳定性及强度分析

3.1 稳定性分析

3.2 强度分析

3.4 本章小结

第4章 热防护结构传热分析

4.1 计算模型概述

4.2 材料参数

4.3 网格划分

4.4 求解设置

4.5 结果及分析

4.6 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文