旋转冲压发动机虚拟样机设计与研究

论文摘要

旋转冲压发动机综合了燃气涡轮发动机、活塞发动机和冲压发动机的优点,具有结构简单、体积小、功率大、效率高、静止状态下也能自行启动等特点,可应用于飞行器和地面动力装置中。该发动机的主体结构为一内置有旋流燃烧室的高速旋转无叶无塞内燃转子,即能融压气、燃烧和排气做功于一体的冲压转子。本文基于对旋转冲压发动机结构和工作原理的了解,借助主流CAD/CAE/CAM软件UG、ANSYS、ADAMS对旋转冲压发动机虚拟样机进行设计和仿真研究,主要包括:冲压转子是旋转冲压发动机的核心部件,其工作在高温、高转速下,承受着较大气动力以及随机载荷较易引起各种形式的振动。所以必须对其进行在温度和转速共同影响下的振动模态分析。本文采用有限元分析软件ANSYS利用顺序耦合方法在温度和转速共同作用下同时考虑了在刚性和弹性两种不同支承条件下对冲压转子进行了模态分析。可知在仅有温度场存在的情况下,模态频率随着温度的增加而减小,而离心力又使轮盘刚性增强,固有频率增加。同时采用三维建模软件UG和机械系统动力学分析软件ADAMS建立了旋转冲压发动机机械系统虚拟样机,通过运动学和动力学仿真获得了冲压转子的角速度、角加速度等随时间变化的曲线,同时研究有限元分析软件ANSYS和ADAMS软件之间的数据传递,考虑了冲压转子的柔性变形建立了旋转冲压发动机的刚柔耦合体模型,对其进行了动力学分析,为发动机结构的改进提供有力依据。本文的研究结论不仅对旋转冲压发动机物理样机的试制和性能评估提供了重要的参考数据,而且对其他复杂机械设备虚拟样机的建立及动力学分析具有一定的参考价值,也为新产品的开发提供了有效的方法和经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 虚拟样机技术简介
• 1.2.1 虚拟样机概念
• 1.2.2 机械系统虚拟样机技术的发展
• 1.2.3 机械系统虚拟样机技术的应用
• 1.3 旋转冲压发动机国内外研究现状和意义
• 1.3.1 旋转冲压发动机国内外研究现状
• 1.3.2 旋转冲压发动机研究意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 基于 UG 的旋转冲压发动机三维建模
• 2.1 旋转冲压发动机工作原理分析
• 2.2 旋转冲压发动机总体结构设计
• 2.2.1 动力驱动系统
• 2.2.2 转子系统
• 2.2.3 转子支承系统设计
• 2.3 旋转冲压发动机的三维建模
• 2.3.1 UG 软件简介
• 2.3.2 旋转冲压发动机三维装配模型
• 2.4 旋转冲压发动机比功率的理论计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 旋转冲压发动机的振动模态分析
• 3.1 有限元分析与 ANSYS 软件简介
• 3.1.1 有限元分析简介
• 3.1.2 ANSYS 软件简介
• 3.2 冲压转子的模态有限元分析理论
• 3.3 冲压转子结构模态分析
• 3.3.1 无预应力的模态分析
• 3.3.2 有预应力的模态分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转冲压发动机的刚体运动学与动力学仿真分析
• 4.1 ADAMS简介
• 4.2 旋转冲压发动机机械系统虚拟样机的建立
• 4.2.1 ADAMS与UG之间的数据传输问题
• 4.2.2 建立旋转冲压发动机机械系统虚拟样机
• 4.3 旋转冲压发动机机械系统虚拟样机仿真分析
• 4.3.1 运动学仿真及结果分析
• 4.3.2 动力学仿真及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 旋转冲压发动机刚柔耦合体的动力学仿真与应力分析
• 5.1 刚柔耦合体研究的必要性
• 5.2 冲压转子柔性体的建立
• 5.3 动力学仿真结果分析
• 5.4 动应力分析
• 5.4.1 ANSYS与ADAMS联合仿真的数据传输
• 5.4.2 载荷文件的生成
• 5.4.3 加载
• 5.4.4 应力应变分析结果
• 5.4.5 位移响应
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况
• 致谢