摩擦式电液负载模拟器的摩擦热研究

发布时间：2020-05-05 17:17

【摘要】：摩擦式电液负载模拟器是用于模拟飞行器舵机在实际运行过程中所受到的空气力矩的地面实验装置,与实物测试相比具有实验成本低,可靠性高等优点。传统的电液负载模拟器由于结构上的问题始终存在影响加载性能的多余干扰力矩,而摩擦式电液负载模拟器在结构上进行了改进,将传统的液压马达加载替换为摩擦盘加载,在理论上消除了多余力矩,大幅提升了加载性能,满足了航空航天工业快速发展的需求,对于国防力量的提升具有重要意义。与传统的电液负载模拟器加载系统不同的是,摩擦式电液负载模拟器通过一对摩擦盘相对转动产生的摩擦力矩对舵机进行加载。虽然理论上不会产生多余力矩,但是摩擦盘在加载过程中会产生大量的摩擦热,这些摩擦热在主从摩擦盘接触面上大量聚集导致摩擦盘表面温升过大,进而影响了摩擦盘的摩擦系数,导致加载性能下降,严重时将会降低摩擦系统寿命,对摩擦盘造成破坏。本课题针对摩擦式电液负载模拟器的摩擦生热进行分析,提出有效改善温升的摩擦盘结构。首先,分析了摩擦盘加载过程的滑摩特性和传热特性,根据不同种类的热负荷建立了摩擦盘系统的数学模型,分析摩擦生热的影响因素,通过建立摩擦盘有限元模型,借助仿真软件分析摩擦盘表面瞬态温度场的变化规律,研究不同加载参数和摩擦盘厚度对表面温度场和加载力矩波动的影响,同时研究了摩擦盘材料特性对温升的影响规律,为摩擦盘的材料选取提供理论基础。其次,研究了摩擦盘表面温升带来的热弹性不稳定现象,通过采用扰动法建立了摩擦盘的压力扰动和温度场扰动模型,并且推导出加载系统的热弹性不稳定临界速度方程,分析临界速度的影响因素,研究了不同因素对临界速度的影响规律,提出了缓解热弹性不稳定现象的方法。最后,针对摩擦盘温升过大的问题,基于计算流体力学的数值分析方法对摩擦盘散热结构进行了研究。建立摩擦盘CFD仿真模型,借助仿真软件比较了散热摩擦盘和传统的圆盘摩擦盘的散热性能。通过设计不同的摩擦盘散热筋结构,分析出影响不同结构散热性能的影响因素,研究了不同因素对摩擦盘散热性能的影响规律,为设计摩擦盘散热结构提供了理论依据。同时研究了摩擦盘外界空气环境对散热性能的影响,初步对辅助散热系统的设计提供研究基础。
【图文】：

图 1-1 日本最早的负载模拟器原理图[4]，美国在模拟导弹舵机飞行过程中的受力时，在地面环境舵机的性能进行检测，，其基本原理与日本的负载模拟器要比日本的负载模拟器高。因为他们在系统中巧妙地利

美国S105-4型负载模拟器[5]
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137;TJ760.6;V216

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本文编号：2650492