冷罩的结构设计与应力分析

论文摘要

高速飞行器的发展对各国未来军事发展战略、空间技术、武器体系构建乃至整个科学技术发展有重要的推动作用，而其突防问题则是高速飞行器无法避免的一个重大问题。本文以某型号高速飞行器的红外隐身系统方案设计为工程背景，参考国内外的研究状况，确定了在高速飞行器头部上装上冷屏装置，以减少飞行器头部的红外辐射的方案。本文根据冷罩的设计要求和工作原理，完成了冷罩结构方案的设计，并对壳体材料的选取，内外壳及其附件结构、制冷系统以及连接结构的设计进行了系统的研究。在此基础上，论文还对冷罩在冷却过程中的热传导问题进行了有限元的理论分析，并运用ANSYS软件建立了冷罩壳体的三维热传导模型，生成了温度场并计算了由温度场变化所产生的热应力。在计算中运用了转换方法，即将温度处理为“温度载荷”，从而实现通过弹性力学的处理方法来求解热应力。为了进一步确定结构的合理性，本文还模拟了冷罩在室内环境下的工作过程，进一步证明了冷罩设计的合理性。通过ANSYS分析和实验测试结果的对比分析，表明此冷罩的结构设计是基本合理的，能达到所期望的冷却效果。论文的研究工作对同类型飞行器的冷屏的设计研究有一定的理论意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 红外隐身技术的发展
• 1.3 冷屏技术的发展
• 1.4 研究本课题的意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 冷罩的设计
• 2.1 冷罩的整体结构设计方案
• 2.1.1 冷罩的设计要求
• 2.1.2 冷罩的整体结构方案的确定
• 2.1.3 冷罩的工作原理
• 2.1.4 冷罩材料的选择
• 2.2 冷罩构件的结构设计
• 2.2.1 冷罩内外壳的设计
• 2.2.1.1 内外壳体的结构设计
• 2.2.1.2 内外壳的支撑设计
• 2.2.1.3 排气塞的设计
• 2.2.2 冷罩的制冷系统设计
• 2.2.2.1 制冷方式的选取
• 2.2.2.2 制冷剂的选取
• 2.2.3 制冷容器的设计
• 2.2.3.1 杜瓦瓶内胆的设计
• 2.2.3.2 杜瓦瓶的绝热结构设计
• 2.2.3.3 杜瓦瓶支撑系统的设计
• 2.2.3.4 附件的设计
• 2.2.4 绝热保温结构的设计
• 2.2.5 连接结构的设计
• 2.2.5.1 连接结构的形式
• 2.2.5.2 连接结构形式的选择
• 2.3 小结
• 3 冷罩外壳的有限元温度场分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 研究的目的和意义
• 3.1.2 ANSYS有限元软件简介
• 3.2 热传导的基本方程
• 3.2.1 三种基本热传方式
• 3.2.2 三维热传导的基本方程
• 3.2.3 边界条件和初始条件
• 3.2.4 稳态温度场的有限元
• 3.3 冷罩外壳温度场有限元分析过程
• 3.3.1 前处理
• 3.3.1.1 创建几何模型
• 3.1.1.2 材料参数的确定
• 3.1.1.3 单元类型和网格的划分
• 3.1.1.4 加载和求解
• 3.3.2 后处理
• 3.3.2.1 后处理的定义
• 3.3.2.2 结果文件
• 3.3.2.3 后处理可用的数据类型
• 3.3.2.4 计算结果分析
• 3.4 冷罩外壳温度测量实验
• 3.5 小结
• 4 冷罩外壳的热应力分析
• 4.1 概述
• 4.2 热应力方程的建立
• 4.3 冷罩外壳的应力有限元分析过程
• 4.3.1 耦合场分析简介
• 4.3.1.1 耦合场分析的定义
• 4.3.1.2 耦合场分析的类型
• 4.3.2 应力场的有限元分析过程
• 4.3.2.1 前处理
• 4.3.2.2 温度梯度应力的计算
• 4.3 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 对进一步的工作和展望
• 致谢
• 参考文献