基于虚拟样机的航母跑道涂层热性能试验机的设计与仿真

论文摘要

航母甲板是舰载机的起降平台,舰载机起飞时喷出的烟气会对甲板上的飞机跑道和偏流板涂层产生强烈的高温冲刷作用,导致涂层起层、皱皮或开裂,严重影响其使用性能。因此在研制跑道涂层的过程中,需要对涂层进行热性能试验,这就要求提供一种试验装置产生具有相应温度和速度的气流,喷射到涂层试件上,来模拟舰载机起飞时的高温冲刷作用。目前国内外的相关试验装置主要有实验室内的高温炉、冲蚀磨损试验装置和燃烧室地面试验所用的的加热器,它们均不能同时满足舰载机起飞时的温度和速度要求,因此设计热性能试验机很有必要。本文首先根据舰载机起飞时的具体情况,进行了热性能试验机的总体设计,进而详细设计热源结构和试验台。热源结构需产生具有一定温度和速度的气流,试验台需实现涂层试件板的运动,以模拟气流与涂层的位置变化。针对热源结构设计,比较了电加热和燃料燃烧两种方案,最终选定煤油燃烧的方式,并进行热力参数计算以及燃油、供风系统的设计。试验台采用滑块摆杆机构和丝杠螺母副实现试件平板的转动和平动,并对部分零件进行了耐火设计。其次,本文重点对热源结构的燃烧筒部分进行了燃烧模拟。通过分析比较确定稳燃板槽缝的最佳倾角和燃烧筒的最佳长度。在此基础上,通过调节燃料和空气的流量进行多种工况的数值模拟,获得了出口温度和速度随油气比和进气量的变化规律。最后,本文通过ADAMS软件对试验台进行运动学和动力学仿真分析,得出了各构件之间的运动关系,检查各构件在运动过程中是否存在干涉,以及运动行程是否满足设计要求。绘制了电机输出轴的速度曲线和力矩曲线,为电机控制提供了参数。同时求解关键件在运动过程中约束反力的变化趋势,进而通过ANSYS对其进行应力分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 涂层热性能检测的国内外现状
• 1.2.1 高温冲刷致涂层失效的机制
• 1.2.2 涂层热性能试验机的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 热性能试验机总体及结构设计
• 2.1 热性能试验机总体设计
• 2.1.1 试验机的设计要求
• 2.1.2 试验机的原理方案
• 2.1.3 试验机的总体设计
• 2.2 热源结构设计
• 2.2.1 燃烧筒尺寸的计算
• 2.2.2 燃烧筒热力参数计算
• 2.2.3 燃油系统设计
• 2.2.4 供风系统设计
• 2.3 试验台设计
• 2.3.1 转动机构设计
• 2.3.2 平动机构设计
• 2.3.3 试验台耐火设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 热源结构流场数值模拟与分析
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 几何模型
• 3.1.2 边界条件设置
• 3.2 燃烧筒变结构参数模拟与分析
• 3.2.1 变稳燃板槽缝倾角模拟与分析
• 3.2.2 变燃烧筒长度模拟与分析
• 3.3 燃烧筒变油气量模拟与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 试验台结构仿真分析
• 4.1 虚拟样机技术简介
• 4.2 试验台结构运动学仿真
• 4.2.1 转动机构的运动学仿真分析
• 4.2.2 平动机构的运动学仿真分析
• 4.3 试验台结构动力学仿真
• 4.3.1 转动机构的动力学仿真分析
• 4.3.2 平动机构的动力学仿真分析
• 4.4 试验台结构关键件应力分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢