某姿控系统气、液管路分离机构数值模拟与研究
发布时间：2023-06-01 22:40
随着我国航天事业的不断发展,航天器追求可靠性、安全性等综合性能也在不断提高。管路分离机构作为航天器分级脱离过程中的一种重要分离装置,其作用是在对接时接通管路并且确保管路下方有符合要求压力和流量的推进剂介质供应、分离时自动断开管路并密封两端管路。然而,现有管路分离机构面临着实现分离力的结构方式过于复杂、介质流经分离机构的阻力损失大和分离过程中滑块受到的介质力过大等问题,都会对管路分离机构的工作和性能产生重大影响。因此对管路分离机构结构优化和性能提高就显得尤为重要。本文以某固体运载火箭液体推进主姿控动力系统中新设计的管路分离机构作为研究对象,结合流体动力学知识和数值分析相关理论,利用专业的CFD软件Fluent对分离机构内部流场进行数值模拟研究,基于此,对结构进行优化分析,最后对分离机构进行可靠性研究。首先,运用Creo建立分离机构三维模型,经简化处理后对流域进行抽取和网格划分,通过对分离机构内部流场稳态数值计算,确定了介质从插座流入、插头流出的流阻和内部流场分布较合理;通过调整插头弹簧的尺寸与位置、插头滑块和插头弹簧底座的旋转位置,对比分析了调整前和调整后不同速度入口下内部流场、流阻以及...
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 管路分离机构概述
1.2.1 管路分离机构结构及工作原理
1.2.2 管路分离机构性能要求
1.3 国内外研究现状
1.3.1 管路分离机构研究现状
1.3.2 相似机构研究现状
1.4 研究内容及技术路线
1.5 本章小结
第2章 管路分离机构建模及其数值理论基础
2.1 CFD概述
2.2 CFD基本理论
2.2.1 流体动力学控制方程
2.2.2 湍流模型
2.3 管路分离机构建模
2.3.1 几何尺寸确定
2.3.2 几何模型建立
2.3.3 网格划分
2.3.4 计算选择及介质参数
2.4 本章小结
第3章 管路分离机构稳态数值模拟与试验研究
3.1 湍流参数计算方程
3.2 管路分离机构出入口确定
3.2.1 插头到插座稳态特性分析
3.2.2 插座到插头稳态特性分析
3.2.3 结果对比分析
3.3 分离机构内部调整前、后稳态分析
3.3.1 阻力损失计算理论
3.3.2 分离机构内部调整前、后稳态数值模拟
3.3.3 计算结果与对比分析
3.3.4 不同装配方式流场特性分析
3.4 调整后分离机构流阻特性试验研究
3.4.1 试验系统方案
3.4.2 试验数据处理
3.4.3 试验与模拟结果对比分析
3.5 本章小结
第4章 管路分离机构闭合动态数值模拟研究
4.1 Fluent动网格
4.1.1 动网格简述
4.1.2 动网格控制方程
4.1.3 动网格更新方法
4.2 分离机构动力学分析及程序
4.2.1 UDF简介
4.2.2 动网格UDF定义宏
4.2.3 分离机构插头UDF程序
4.2.4 分离机构插座UDF程序
4.3 分离机构插头闭合过程动态模拟
4.3.1 插头动态模拟参数设置
4.3.2 插头闭合过程动态模拟结果
4.3.3 插头闭合过程动态特性研究
4.4 分离机构插座闭合过程动态模拟
4.4.1 插座动态模拟参数设置
4.4.2 插座闭合过程动态模拟结果
4.4.3 插座闭合过程动态特性研究
4.5 本章小结
第5章 管路分离机构结构优化及可靠性分析
5.1 响应面方法
5.1.1 响应面模型构建
5.1.2 二阶响应面模型系数求解
5.1.3 响应面模型检验
5.2 插头滑块结构优化选型研究
5.2.1 插头滑块模型确立
5.2.2 数值仿真模型
5.2.3 计算结果与分析
5.3 插座滑块结构优化研究与分析
5.3.1 插座计算模型
5.3.2 插座不同开度下的稳态结果分析
5.3.3 插座闭合过程动态分析
5.4 分离机构可靠性分析与试验研究
5.4.1 分离机构故障模式、影响和危害性分析
5.4.2 分离机构可靠性预估分析
5.4.3 分离机构分离可靠性试验
5.5 本章小结
第6章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 未来展望
致谢
参考文献
附录
附录A 分离机构插头和插座滑块UDF控制程序
附录B 在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3827165
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 管路分离机构概述
1.2.1 管路分离机构结构及工作原理
1.2.2 管路分离机构性能要求
1.3 国内外研究现状
1.3.1 管路分离机构研究现状
1.3.2 相似机构研究现状
1.4 研究内容及技术路线
1.5 本章小结
第2章 管路分离机构建模及其数值理论基础
2.1 CFD概述
2.2 CFD基本理论
2.2.1 流体动力学控制方程
2.2.2 湍流模型
2.3 管路分离机构建模
2.3.1 几何尺寸确定
2.3.2 几何模型建立
2.3.3 网格划分
2.3.4 计算选择及介质参数
2.4 本章小结
第3章 管路分离机构稳态数值模拟与试验研究
3.1 湍流参数计算方程
3.2 管路分离机构出入口确定
3.2.1 插头到插座稳态特性分析
3.2.2 插座到插头稳态特性分析
3.2.3 结果对比分析
3.3 分离机构内部调整前、后稳态分析
3.3.1 阻力损失计算理论
3.3.2 分离机构内部调整前、后稳态数值模拟
3.3.3 计算结果与对比分析
3.3.4 不同装配方式流场特性分析
3.4 调整后分离机构流阻特性试验研究
3.4.1 试验系统方案
3.4.2 试验数据处理
3.4.3 试验与模拟结果对比分析
3.5 本章小结
第4章 管路分离机构闭合动态数值模拟研究
4.1 Fluent动网格
4.1.1 动网格简述
4.1.2 动网格控制方程
4.1.3 动网格更新方法
4.2 分离机构动力学分析及程序
4.2.1 UDF简介
4.2.2 动网格UDF定义宏
4.2.3 分离机构插头UDF程序
4.2.4 分离机构插座UDF程序
4.3 分离机构插头闭合过程动态模拟
4.3.1 插头动态模拟参数设置
4.3.2 插头闭合过程动态模拟结果
4.3.3 插头闭合过程动态特性研究
4.4 分离机构插座闭合过程动态模拟
4.4.1 插座动态模拟参数设置
4.4.2 插座闭合过程动态模拟结果
4.4.3 插座闭合过程动态特性研究
4.5 本章小结
第5章 管路分离机构结构优化及可靠性分析
5.1 响应面方法
5.1.1 响应面模型构建
5.1.2 二阶响应面模型系数求解
5.1.3 响应面模型检验
5.2 插头滑块结构优化选型研究
5.2.1 插头滑块模型确立
5.2.2 数值仿真模型
5.2.3 计算结果与分析
5.3 插座滑块结构优化研究与分析
5.3.1 插座计算模型
5.3.2 插座不同开度下的稳态结果分析
5.3.3 插座闭合过程动态分析
5.4 分离机构可靠性分析与试验研究
5.4.1 分离机构故障模式、影响和危害性分析
5.4.2 分离机构可靠性预估分析
5.4.3 分离机构分离可靠性试验
5.5 本章小结
第6章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 未来展望
致谢
参考文献
附录
附录A 分离机构插头和插座滑块UDF控制程序
附录B 在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3827165
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3827165.html
