易宏彩票网址

易宏彩票网址您的位置:易宏彩票网址 > 新闻动态 > 易宏彩票网址
一种波纹管流体激振预测技术
作者:onship  来源:锐进金属  浏览:460次  更新:2018-4-2

  成果简介:
易宏彩票网址   柔性组件流体激振的机理及其预测是当前具有挑战性的科学难题。波纹管是输送流体介质管路系统中一类典型的柔性组件,具有周期性波纹结构和易变形特征。在一定的流速范围内,波纹管内部不稳定流动特性与结构固有特性相耦合会诱发结构大幅振动,导致其疲劳失效,甚至危及整个系统的安全性。基于声-结构耦合理论,采用u-p-φ对称有限元格式,获得输流波纹管振动模态;采用大涡模拟分析波纹管内不同流速的瞬态特性,结合频域FFT方法,获得波纹管内流场的涡脱落频率。通过分析涡脱落频率与充液结构固有特性的耦合程度,判断发生流体激振的临界流速范围。该方法已应用于新一代运载火箭用液氧煤油发动机波纹管流体激振预示,实现了关键组件动态设计。

  成果内容提要:
  柔性组件的流体激振问题是一类高度非线性振动问题,具有理论难度。在工程应用中,一旦出现不可预见的流体激振问题,会造成极大的危害。在管路供应系统中,波纹管柔性和其内部波纹结构决定了其不可避免与输送流体之间存在流固耦合作用,由此产生的流体激振问题常常导致结构疲劳失效,乃至危及整个系统的安全性,造成巨大的经济损失。
  根据国内外文献调研结果,上世纪60年代末,美国土星5运载火箭在第二次飞行期间,二级J-2发动机故障关机、三级J-2发动机在地球轨道重启动失败;在AS-508和AS-509的S-IV B舱段地面点火时液氢输送管路出现泄漏,这些故障均与波纹管流体诱导振动引起的疲劳失效密切相关。2008年,据中国科学院应用物理研究所的文献报导,一期投资13亿的上海光源是国家的重大科学装置,能够为生命科学、材料科学、化学、环境科学提供极好的研究平台,而该装置光束线站上面临的一个严峻问题是如何有效地降低晶体单色仪冷却循环系统中波纹管元件的振动,从而提高光束线的稳定性。近年,在液氧煤油发动机的型号研制过程中,滚控金属波纹管在地面热试验时曾多次出现故障,严重影响型号研制周期。
  波纹管流致振动与波纹管内部不稳定流动结构密切相关,是周期性涡产生和脱落的频率与结构模态频率相耦合的结果,其实质是一类流体结构弹性不稳定问题。美国、加拿大、日本等多家研究机构关于波纹管流体诱导振动问题先后开展了大量的理论和实验研究。2012年,美国在空间发射系统项目中(Space Launch System Program/Project,SLSP),针对波纹管和柔性金属软管的流体诱发振动问题提出了明确的设计要求,具体的细节不得而知。到目前为止,国内关于波纹管流体诱发振动问题开展的理论、实验和数值仿真研究文献报导很少。
  在为我国新一代运载火箭系列研制的高压补燃液氧煤油发动机中,波纹管的应用范围非常广泛。已有应用于高温(约380℃)、高压(约20MPa)及富氧燃气环境的滚控金属波纹管,低温(约-180℃)液氧介质条件下的氧化剂摇摆软管,常温煤油介质条件下的燃料摇摆软管以及其它气路的金属波纹管。特别是在我国未来采用泵后摆总体方案的重型火箭发动机中,燃气摇摆软管和高压煤油摇摆软管更是其中的关键总体组件。研究波纹管流体激振问题是提高发动机可靠性和安全性的内在需求。
  从型号研制需求出发,基于波纹管流体激振问题的研究现状,以发展和完善波纹管流体激振的预测技术为目标,鉴于波纹管流体激振问题的流固耦合特点以及自激振动机理,采用流体及结构特性综合的思路开展相关研究工作。

  本成果的创新点包括:
  1. 首次提出了一种液体火箭发动机波纹管的流体激振预测及评估技术。该方法能够对波纹管流体诱发振动这一类高度非线性问题进行预测,实现结构动态设计,为结构组件可靠性及安全性设计提供技术支撑。
  2. 基于声—结构耦合理论,采用u-p-φ对称有限元格式,研究充液波纹管结构动态特性。利用u-p-φ对称有限元格式将声-结构耦合问题中非对称特征值问题转化为对称特征值问题,大大提高了计算效率和精度,使之适用于复杂工程结构(输送介质)的动特性预测。
  3. 利用LES和FFT频域分析技术相结合的方法,获得波纹管在不同流速下的非稳态流场瞬态特性。基于LES对不同尺度流动的滤波特性,利用数值模拟的手段获得波纹管内剪切湍流流场的拟序结构信息,并获得表征流体非定常特性的斯特劳哈尔数。
  本成果的实践意义在于:波纹管流体诱发振动具有自激振动的内在机制,是在工程应用领域中出现的一类高度非线性问题。本成果的提出为该类非线性问题提出了一种工程可用的预测技术。本成果的提出不仅可以解释波纹管在火箭发动机中应用出现的非线性现象以及为波纹管结构可靠性及安全设计提供技术支撑,同时本成果也可以推广至波纹管相关的工业应用领域。

成都市锐进金属制品有限公司
联 系 人:杨先生
联系电话:86-028-87509908
手机号码:136-6611-7555
传真号码:86-028-87509908
腾讯QQ :356851040
电子信箱:sc@cdruijin.com
公司地址:四川省成都市金牛高科技产业园

陕西办事处
联 系 人:翟发治
联系电话:86-029-38015224
手机号码:182-2000-7967
地址易宏彩票网址陕西省咸阳市渭城区东风路10号

公司简介|资质荣誉|人才招聘|在线留言|联系我们
Copyright © 2019 Chengdu Ruijin Metal Products Co.Ltd All Rights Reserved.
版权所有:成都市锐进金属制品有限公司 技术支持: