欧美人与动牲交另类

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      固體火箭推力矢量虛擬仿真實驗

      固體火箭推力矢量虛擬仿真實驗

      實驗簡介固體火箭發動機推力矢量虛擬仿真實驗的目的是檢驗使用燃氣舵控制固體火箭發動機推力矢量的導彈動力裝置的性能,針對實驗結果對固體火箭發動機及燃氣舵的性能進行改進設計,一般遵循“理論設計—結構設計—性能試驗”這一反復迭代過程。在實驗過程中,涉及到火炸藥、固體推進劑等危爆物品,實驗所需的場地大、安全保障措施嚴格,實驗成本極高,準備及實驗過程甚為危險且消耗大量的實踐,傳統的實驗教學以演示為主,學生無法實際準備相關實驗、制備危爆實驗零部件,更無法操作相關的大型實

      南京理工大學

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      實驗簡介


      固體火箭發動機推力矢量虛擬仿真實驗的目的是檢驗使用燃氣舵控制固體火箭發動機推力矢量的導彈動力裝置的性能,針對實驗結果對固體火箭發動機及燃氣舵的性能進行改進設計,一般遵循“理論設計—結構設計—性能試驗”這一反復迭代過程。在實驗過程中,涉及到火炸藥、固體推進劑等危爆物品,實驗所需的場地大、安全保障措施嚴格,實驗成本極高,準備及實驗過程甚為危險且消耗大量的實踐,傳統的實驗教學以演示為主,學生無法實際準備相關實驗、制備危爆實驗零部件,更無法操作相關的大型實驗設備,無法提升學生動手實踐的水平,達不到實踐教學的目的。本項目以了解固體火箭發動機設計及其推力矢量控制原理為基礎,掌握固體火箭發動機及燃氣舵設計的方法,了解結構參數對發動機及燃氣舵的性能的影響。通過虛擬仿真實驗教學,掌握固體火箭發動機推壓力高精度測量以及固體火箭發動機推力矢量的試驗方法、步驟及測試測量儀器設備的使用。通過對推力矢量控制燃氣舵的固體火箭發動機的設計,對帶有燃氣舵的固體火箭發動機的推力、壓力及推力矢量特性進行實踐教學,有利于學生領會先進動力裝置及其控制方式的設計方法,領會數字化設計及實驗的思想,完全模擬帶矢量控制的固體火箭發動機的設計過程,加深對專業知識的認知。在提高學生動手實踐水平的同時,提升學生安全操作、安全生產及安全試驗的意識。為此,本虛擬仿真實驗系統針對火箭武器系統學習難點問題,設計三個模塊的教學內容。首先,基于使用目的完成固體火箭發動機的設計。然后,基于機動要求完成燃氣舵設計。接著,對設計完成的固體火箭發動機在高精度臺上完成發動機燃燒室壓力及總推力的測量,對發動機的總體性能及安全性加以評估。最后,將配備燃氣舵的固體火箭發動機安裝在六分力試驗臺上,對固體火箭發動機燃氣舵的操作特性以及對推力矢量的影響進行系統測量。



      實驗要求


      固體火箭發動機燃氣舵推力矢量控制系統是在固體火箭發動機的基礎上利用燃氣舵控制發動機產生推力在三維坐標上的分量,具有結構簡單、質量輕、扭矩大、體積小、成本低、驅動功率小、頻率響應快和能實現俯仰、偏航與滾轉三個方向的控制等優點,全套矢量控制一體化的燃氣舵可在其工作完成后拋除,在很短的時間或者很低的高度上完成彈體姿態角的大角度轉動,是現代導彈及制導武器系統快速機動的有效途徑。因此,以固體火箭發動機設計為起始獲得滿足推力及總沖要求的導彈,接著根據導彈機動特性設計用于推力矢量控制的燃氣舵,最后以實驗方法為基礎對固體火箭發動機的推壓力特性以及安裝有燃氣舵的固體火箭發動機的推力矢量特性進行試驗研究,完成固體火箭發動機燃氣舵推力矢量控制系統的系列化設計及實驗研究工作。具體而言,本虛擬仿真實驗項目的具體內容如下:

      (1) 固體火箭推力矢量系統認知。

      (2) 固體火箭推力矢量系統設計,主要包含固體火箭發動機設計與燃氣舵設計兩大部分。

      固體火箭發動機作為固體火箭推力矢量系統中能量的來源,固體火箭發動機主要由固體推進劑、燃燒室、點火器、尾噴管等部分組成。其中,固體推進劑主要有雙基推進劑、改性雙基推進劑以及復合推進劑等三大類,同時含有燃料及氧化劑,在點火器產生的高溫高壓燃氣的作用下被點燃后產生高溫高壓燃氣并維持推進劑的穩定燃燒,將燃料所具有的化學能轉化為熱能,通過發動機的尾噴管產生推力,從而推動飛行器的快速飛行。固體火箭發動機燃燒室為推進劑燃燒提供燃燒的空間并作為導彈及智能彈藥殼體的一部分。在固體火箭發動機的設計過程中,以發動機推力、總沖量及關鍵結構極限為設計指標,對裝藥類型,燃燒室、連接底、噴管結構,噴管熱防護及點火藥量等內容加以設計與計算。

      燃氣舵是固體火箭推力矢量控制系統中常用的操控部件,通過燃氣舵的偏轉操作,可以令以固體火箭發動機作為動力的導彈系統具備高機動性,其設計應滿足以下要求:1)具有足夠接近常值的升力梯度以滿足最大升力控制要求;2)燃氣舵差動時需滿足總體對橫滾控制要求;3)保證燃氣舵阻力小以減小發動機的推力損失,舵面鉸鏈力矩及其在整個工作期間變化要相對較小以降低對舵機功率的要求;4)燃氣舵尺寸盡可能小但要滿足強度和剛度的要求,安裝位置要合理,便于后續附屬零部件的結構設計及安裝;5)當燃氣舵偏轉至最大角度時,不能產生機械干涉。

      固體火箭推力矢量性能分析與優化實驗。利用燃氣舵實現固體火箭高機動性能的系統,發動機設計的合理性、安全性,以及燃氣舵性能的穩定性與可靠性,是檢驗固體火箭推力矢量系統的基準條件。為此,本項目首先通過高精度推壓力仿真實驗教學系統,真實模擬實驗前準備工作,主要模擬固體火箭發動機推力-時間、壓力-時間等內彈道參數的實驗過程,針對實驗中可能發生的特殊情況加以應急處理,使學生掌握高精度推壓力實驗系統的使用方法,為開展高精度推壓力實驗系統實踐教學奠定基礎。然后,本項目在六分力虛擬仿真教學實驗臺上,通過在實驗臺兩個平行平面六個座標軸方向上合理布置傳感器,可測量到推力在六個座標軸的分量及其對空間三個軸的力矩分量,再把各分量合成,即可求得發動機的推力向量,進而求出發動機的推力偏心參數。最后利用虛擬高精度推壓力實驗臺及六分力實驗臺,通過改變固體火箭裝藥結構、燃氣舵結構等結構參數,研究研究上述因素的變化對固體火箭推力矢量系統的合理性、安全性、穩定性與可靠性的影響,從而獲得固體火箭推力矢量系統的設計、性能測試及與性能分析的深刻認知。

      1)專業與年級要求

      本實驗項目主要面向航空宇航科學與技術中的飛行器設計等方向的大三、打死學生,同時也是飛行器動力、武器系統與工程等相關專業的實驗課程。

      2)基本知識和能力要求

      使用本虛擬仿真實驗系統學習前,對于參加實驗和實踐的飛行器設計與工程專業、武器系統與工程專業的大一、大二學生,要求學生已經較為系統地學習了工程流體力學、熱力學等課程;對于參加工程實踐和實習的大三、大四學生,要求較系統地完成《固體火箭發動機設計》、《彈箭姿態控制系統設計基礎》、《導彈制導與控制技術》等專業課程的學習,已經掌握固體火箭推力矢量的基本理論,在專業能力方面要求學生對固體火箭發動機、燃氣舵的結構,工作原理及性能的特點,對相應的理論知識有著深入的理解與認知。


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