全尺寸冲压发动机六分量力学测量系统研究

摘要

随着冲压发动机技术的进步，冲压发动机地面模拟试验设备即冲压发动机试车台的技术指标也越来越高。为能够进行全尺寸冲压发动机地面试验，研制了一套大尺寸、大载荷的六分量力学测量系统。研制过程分为四个阶段，总体技术方案设计、关键技术研究与结构设计、系统结构有限元分析、系统校准和验证性试验。 根据冲压发动机的理论气动载荷，通过力系变换计算出力学测量系统的设计载荷，参照风洞盒式天平的结构布局，设计该系统为正交结构布局的装配式六分量天平。根据材料力学知识和微分原理建立了单轴双圆弧柔性铰链的数学模型，进一步推导出了串联式双轴双圆弧柔性铰链的转角刚度和拉伸刚度计算公式，为柔性杆的设计提供了理论基础。基于设计好的柔性杆，进一步设计了力学测量系统的其他零部件和整体结构。为了检查和验证系统结构的强度和刚度，对柔性杆和系统结构进行了有限元分析，通过对各个关键方向、关键特征面的定量和定性分析，详细阐述了系统结构的优缺点，并对各分量之间的相互干扰进行了定性分析。系统校准是为了得到系统的校准公式，检验系统的精度，利用单元校准数据分析了各分量的线性度以及其他分量对本分量的干扰，然后利用六组单元校准数据采用最小二乘方法和线性回归拟合出该系统的校准公式，并得到各分量的测量精度。 在试车台各个分系统全部安装就位后进行了系统验证性试验，试验分两次进行，其中一次为吹风试验，一次为点火试验，两次试验均顺利进行并取得了圆满成功，测量数据符合精度要求，测量曲线符合发动机气动力的变化规律。

目录

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第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.2力学测量系统国内外发展现状

1.2.1力学测量系统介绍

1.2.2试车台及测力机构发展现状

1.2.3柔性铰链技术研究现状

1.3研究内容

第2章总体技术方案设计

2.1设计载荷计算

2.1.1力系变换

2.1.2计算设计载荷

2.2整体布局设计

2.3载荷分配

2.4测力传感器选型

2.5小结

第3章系统关键技术研究与结构设计

3.1柔性铰链设计参数分析

3.1.1双边圆弧形铰链模型

3.1.2转角刚度计算

3.1.3拉伸刚度计算

3.1.4参数分析

3.2柔性铰链设计及计算

3.2.1柔性铰链参数确定

3.2.2柔性杆设计

3.2.3 ANSYS Workbench概述

3.2.4柔性杆有限元分析建模

3.2.5参数设置和网格划分

3.2.6柔性杆有限元分析结果

3.3传力件设计

3.4系统结构设计

3.5小结

第4章系统结构有限元分析

4.1静态结构分析

4.2建立分析模型

4.3定义材料属性

4.4定义实体接触

4.5划分网格

4.6施加载荷和约束

4.7计算结果

4.8小结

第5章力学测量系统校准

5.1校准系统

5.1.1校准设备的性能

5.1.2校准设备的分类与组成

5.1.3原位校准设备

5.2校准及数据采集系统

5.2.1硬件设备

5.2.2软件系统

5.3系统校准公式

5.4校准方法和信号处理

5.4.1单元校准方法

5.4.2多元校准方法

5.4.3信号处理

5.5单元校准数据

5.6多元综合加载

5.7小结

第6章系统验证试验

6.1第一次吹试试验

6.2第二次吹试试验

6.3小结

参考文献

致谢