冷却管振动试验研究.doc

1、冷却管振动试验研究 I 冷却管振动试验研究 专业名称：飞行器设计与工程 摘 要 飞机在工作过程中大多数单元都会产生热量，温度过高会使一些高科技原件产生 不可预知的工作问题，因此需要进行散热。过去的散热是借助于通风机从冷空气室向 制冷室传送空气，部分受热的空气从制冷室传送回冷空气室，在那里空气可重新冷却 下来。然而，这种系统的缺点是限制了飞机的内部结构的灵活性，且需要特别的单元 用于输送热传输介质，这导致额外的寄生热损耗。对此空中客车公司于 2007 年申请的 专利给出了另外一条解决办法通过从位于飞机内部的热源向散热器或散热装置排出热 量的冷却系统来解决，由此该系统具有一个若干个冷却管道系统。

2、本论文设想用更耐腐蚀的白铜替代常规的黄铜管束，并分别给出了冷却系统管束 振动试验的研究内容、研究方案、固有频率的理论分析及计算、固有频率测试试验和 风吹激励下最大振幅测试试验的系统组成、试验条件、试验方案、试验步骤、试验数 据及结果分析。通过实验可以验证方案的可行性及如何搭建管束以避免共振带来的附 加损耗。 关键词：冷却管；固有频率；空气激励；有限元分析 毕业论文 II ABSTRACT Most of the aircraft in the course of their work unit will generate heat , the temperature is too high a

3、 number of high-tech original work unpredictable problems , hence the need for cooling. Past by means of heat transfer from the cold room fan to cooling room air , some heat is transferred from the air cooling chamber cold air back room, where the air can be cooled down again . However, a disadvanta

4、ge of this system is to limit the flexibility of the internal structure of the aircraft and require special means for transporting the heat-transfer medium , which causes additional parasitic heat losses . In this regard Airbus patent application in 2007 gives a solution through another one located

5、inside the aircraft from the heat source to the heat sink or heat exhaust heat sink cooling system to solve , thus the system has a number of cooling pipe system . This paper envisions a more corrosion-resistant alternative to conventional copper-nickel alloy brass tubes , and were given a cooling s

6、ystem bundle vibration test research , research programs , theoretical analysis and calculation of the natural frequency , natural frequency test trials and wind excitation maximum amplitude of the test system test composition, test conditions, test plan, test procedures , test data and results anal

7、ysis . Through experiments can verify the feasibility of the program and how to build a bundle in order to avoid additional loss caused by resonance . Key words: cooling, natural frequency, air incentive, finite element analysis 冷却管振动试验研究 目 录 摘 要 I ABSTRACT 第 1 章 绪论 1 1.1 课题的背景及意义 1 1.2 论文的内容及结构 2 第

8、 2 章 地空导弹及其战斗部 3 2.1 地空导弹简介 3 2.1.1 地空导弹武器系统的定义与分类 3 2.1.2 地空导弹武器系统的构成 3 2.1.3 地空导弹武器系统的发展历程 3 2.2 战斗部详述 4 2.2.1 战斗部的作用与地位 4 2.2.2 战斗部的作用目标与分类 4 2.2.3 战斗部的结构组成 5 2.2.4 战斗部的发展趋势 6 2.3 地空导弹战斗部的特点 6 2.4 地空导弹战斗部的发展方向 6 2.5 本章小结 6 第 3 章 导弹总体方案设计概述 7 3.1 总体设计参数 7 3.2 总体概要设计 7 3.2.1 导弹的速度方案 7 3.2.2 制导体制及导引

9、规律 8 3.2.3 动力系统基本形式 8 3.2.4 基本气动布局形式 8 3.3 战斗部方案设计 9 3.3.1 目标特性分析 9 3.3.2 导弹对目标毁伤能力要求 9 冷却管振动试验研究 3.3.3 战斗部方案确定 10 3.4 弹翼外形设计 10 3.4.1 弹翼沿弹身周向布置 10 3.4.2 弹翼几何尺寸及翼型选择 10 3.5 弹身外形设计 13 3.5.1 头部外形 13 3.5.2 中段外形 13 3.5.3 尾部外形 13 3.5.4 助推器外形及参数 14 3.6 导弹部位安排设计 14 3.6.1 原则及要求 14 3.6.2 导引头 14 3.6.3 战斗部 14

10、3.6.4 弹上稳定与控制系统 15 3.6.5 发动机和助推器 15 3.7 导弹质心定位 16 3.7.1 导弹质量方程 16 3.7.2 结构质量计算 17 3.7.3 质心定位 20 3.8 本章小结 20 第 4 章 最大过载的确定及导弹前半段受力分析 21 4.1 最大过载的确定 21 4.1.1 地面使用时的设计情况 21 4.1.2 发射过程中的设计情况 22 4.1.3 飞行时的设计情况 22 4.2 最大过载下前半段的受力分析 24 4.2.1 轴向惯性力的计算 24 4.2.2 横向惯性力的计算 25 4.2.3 弯矩计算 26 4.3 本章小结 27 第 5 章 战斗部

11、舱段结构设计 28 毕业论文 5.1 结构形式选择 28 5.2 主要承力元件及功用 29 5.3 舱段的开口问题 29 5.4 舱段间的连接问题 30 5.4.1 连接的原则与要求 30 5.4.2 连接方式的选择 30 5.5 关于结构强度计算 31 5.5.1 结构计算常用方法 32 5.5.2 强度计算步骤 33 5.6 战斗部舱段结构设计计算 33 5.6.1 舱段的几何尺寸及载荷情况 33 5.6.2 纵横元件结构的布置 34 5.6.3 梁的尺寸设计 34 5.6.4 加强框的尺寸设计 35 5.6.5 口盖设计 36 5.6.6 各元件材料选择 38 5.7 舱段的密封 38

12、5.7.1 舱段对接处的密封 38 5.7.2 舱段开口处的密封 39 5.8 舱段内设备的安装 39 5.9 本章小结 40 第 6 章 强度校核 41 6.1 梁的强度校核 41 6.2 蒙皮强度校核 42 6.3 本章小结 43 第 7 章 战斗部舱段的有限元分析 44 7.1 有限元分析概述 44 7.1.1 有限元分析基本构架 44 7.1.2 ANSYS 分析过程 44 7.2 战斗部舱段的有限元分析 45 7.2.1 几何实体模型的建立 45 冷却管振动试验研究 7.2.2 有限元模型的生成 46 7.2.3 加载与求解 47 7.2.4 求解结果 48 7.3 结论 50 7.

13、4 本章小结 50 结 论 51 参考文献 52 致 谢 55 毕业论文 第 2 章 地空导弹及其战斗部 5 第 1 章 绪论 1.1 冷却管应用背景 在飞机中，特别是在商用飞机中，具有很多在飞机工作过程中产生热量的电子设备 和其他功能单元。例如，在飞机的机上厨房(机内厨房)中，其提供的食物和饮料必须 冷藏，以使它们在经历了足够长的时间后仍然是可口的。此外，在飞机内有很多计算 机单元，在其操作过程中会散发出大量的热，必须进行散热以确保功能可靠。为了提 供上述冷却功能，人们在过去已经想出很多办法。例如，波音公司示出了一种用于冷 却飞机内的制冷室的冷却系统。利用这种冷却系统，提出借助于通风机从冷空

14、气室向 制冷室传送空气，部分受热的空气从制冷室传送回冷空气室，在那里空气可重新冷却 下来。然而，这种系统的缺点是制冷室必须位于飞机外蒙皮附近，而这限制了飞机的 内部结构的灵活性。该系统存在另一缺点，需要特别的单元用于输送热传输介质，这 导致额外的寄生热损耗。 作为使用空气作为热传输介质的替代，存在其他方案，其中液体用作热传输介质。 然而这些方案的缺点是其相对较大的重量。此外，需要泵以传送液体热传输介质，这 一方面导致重量增加，另一方面导致寄生热损耗，从而降低了冷却单元的效率水平。 最后，这种类型的冷却系统的维护成本较高。 因此，空客公司于 2007 年申请专利，通过从位于飞机内部的热源向散热器

15、或散热 装置排出热量的冷却系统来解决，由此冷却系统具有一个管道系统，该管道系统被密 封而与周围的大气隔绝，该管道系统与一个带有热源的吸热部和一个具有散热装置的 热输出部热耦接，并且其具有一个优选大体绝热的传输部，其中该管道系统充有热传 输介质，当该热传输介质在吸热部内从热源吸热时，其经历从液态到气态的转变，然 后流入热输出部，并且在那里，当热排放到散热装置后，其重新冷凝并且回流到吸热 部。从而通过若干冷却管束解决了散热问题。 1.2 冷却管的发展应用现状 传统的冷却管大多沿用的前苏联设计，凝汽器冷却管在管板上布置排列方式已经 非常老旧，要知道冷却管排列方式的合理性直接影响凝汽器的热力性能,设计

16、良好的凝 汽器不凝结气体的积聚影响最小,排管汽阻小,传热面热负荷分布均匀,蒸汽流场平衡, 第 2 章 固有频率的理论计算 6 无涡流区和空气积聚区,凝结水基本上无过冷,还能保持理想的除氧效果。而目前大多 的冷却管采用黄铜材质，长期使用后管道受气流冲击腐蚀损坏严重,堵管比较多,造成 传热面积减少;大部分凝汽器铜管管壁减薄,强度降低;有的腐蚀和磨蚀严重,导致冷却 管壁保护膜剥离、脱落。普遍的解决办法就是更换冷却管材质。其中白铜，Ti 都是良 好的更新替代材料 黄铜是由铜和锌所组成的合金。如果只是由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜。 如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。如由铅、锡、锰、

17、镍、铅、 铁、硅组成的铜合金。黄铜有较强的耐磨性能。特殊黄铜又叫特种黄铜，它强度高、 硬度大、耐化学腐蚀性强。还有切削加工的机械性能也较突出。由黄铜所拉成的无缝 铜管，质软、耐磨性能强。黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运 输管。制造板料、条材、棒材、管材，铸造零件等。含铜在 62%68%，塑性强，制造 耐压设备等。 白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜。铜 镍之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为 - 单相合金。当把镍熔入红铜里，含量超过 16以上时，产生的合金色泽就变得洁白如 银，镍含量越高，颜色越白。白铜中镍的含量

18、一般为 25%。 白铜与黄铜相比较优势与缺点：纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、硬度、电阻 和热电性，并降低电阻率温度系数。因此白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都 异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，被广泛使用于造 船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域，并还是重要的电阻 及热电偶合金。白铜的缺点是主要添加元素镍属于稀缺的战略物资，价格比较昂 贵。 钛原子外层 4s 和 3d 电子的电离势很小,极易失去。因此钛是极活泼的元素,极易 与氧反应生成 TiO2。微米级钛粉在常温下就容易吸氧自燃。但是,钛表面所生成的几个 到几十个纳米的氧化膜极其完整致密,具有遭局部破坏后在瞬间自修复的能力,并且在 大多数环境中是稳定的,因此钛及其合金就具有非常好的抗腐蚀能力。由于钛氧化膜即 使遭到局部破坏,仍有吸氧“自愈”的特点,所以钛