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蒸汽弹射装置能量控制系统研究及仿真

作　者: 李湛
导　师: 吉明
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 蒸汽弹射 C13-1 能量控制 AMESim仿真
分类号: U674.771
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

蒸汽弹射装置是现代重型航空母舰上最重要的航空支援设备之一,可大幅减少舰载机起飞的跑道长度,提高起飞的安全性,并可使各种型号的舰载机满载起飞,是现代重型航空母舰强大战斗力的基础。目前世界上只有美国掌握着大功率蒸汽弹射装置的设计、制造和使用经验,美国意识到蒸汽弹射装置对航空母舰的巨大意义,对其它国家严格保密并限制出口,因此可公开获取的有关蒸汽弹射装置的资料非常少。蒸汽弹射装置本质上是一个蒸汽驱动的单向汽缸,其设计的难点在于对输出能量的控制,必须在保证不同重量的舰载机在弹射结束时达到起飞速度的同时,使弹射加速度的波动尽可能小,防止舰载机结构过载。因此,对蒸汽弹射装置能量控制系统的原理进行研究具有十分重要的意义。本文首先对美国C13-1湿蒸汽恒压型蒸汽弹射器能量控制的关键子系统弹射机系统进行了详细的结构分析,分别对其蒸汽动力部分和液压控制部分的各组成元件进行了研究,分析了各元件的工作原理、结构参数以及对弹射能量的影响。同时,根据各子系统的工作原理对弹射器的运行过程进行了分析,确定了对弹射能量有重要影响的环节、元件。在对蒸汽弹射装置的结构和原理进行了详细分析的基础上,对于弹射机系统蒸汽动力部分,本文分别建立了弹射过程的动力学模型和充汽阶段、膨胀加速阶段的热力学模型,分析了模型参数对输出能量的影响,并在AMESim软件中建立了该部分的仿真模型,通过仿真结果讨论了影响弹射能量输出的关键参数以及这些参数对输出的影响。对于弹射机系统液压控制部分,本文分别建立了发射阀控制系统和排汽阀控制系统的仿真模型,并根据资料分析了系统中不确定部分的结构和连接方式,计算了模型中各模块的基本参数,根据仿真结果分析了发射阀和排汽阀在开启和关闭时的输出特性。最后,本文建立了蒸汽弹射装置弹射机系统的完整仿真模型,并根据实际系统的测试数据对模型参数进行了修正,得到了较为精确的仿真系统。使用该仿真系统对实际弹射装置的能量控制规律进行了仿真,分析了各控制参数对弹射能量输出的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 工程背景及意义  9-10
  1.2 航空母舰上的弹射装置  10-16
    1.2.1 弹射装置介绍  10-11
    1.2.2 蒸汽弹射装置的基本构成  11-16
  1.3 国内外发展现状  16
    1.3.1 国外发展现状  16
    1.3.2 国内发展现状  16
  1.4 论文研究内容与结构  16-18
第2章 C13-1型蒸汽弹射器结构与原理分析  18-34
  2.1 弹射机系统蒸汽动力部分结构分析与参数确定  18-24
    2.1.1 发射阀组件  18-19
    2.1.2 喷汽/排汽单元  19-20
    2.1.3 排汽阀组件  20-21
    2.1.4 开槽汽缸  21-22
    2.1.5 活塞与滑车  22
    2.1.6 前起落架连接组件  22-23
    2.1.7 水力制动装置  23-24
  2.2 弹射机系统液压控制部分结构分析与参数确定  24-32
    2.2.1 发射阀控制系统  24-30
    2.2.2 排汽阀控制系统  30-32
  2.3 弹射器运行过程分析  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章弹射机系统蒸汽动力部分建模与仿真  34-59
  3.1 弹射过程数学模型  34-40
    3.1.1 弹射过程动力学模型  34-35
    3.1.2 弹射过程热力学模型  35-39
    3.1.3 影响弹射能量的因素  39-40
  3.2 AMESim仿真模型建立  40-44
    3.2.1 AMESim仿真软件简介  40-41
    3.2.2 仿真模型的建立  41-44
  3.3 仿真结果与分析  44-58
    3.3.1 储汽筒压力的影响  45-49
    3.3.2 发射阀开启速率的影响  49-53
    3.3.3 止动应力螺栓的影响  53-57
    3.3.4 开槽汽缸漏汽的影响  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第4章弹射机系统液压控制部分建模与仿真  59-74
  4.1 发射阀控制系统仿真模型建立  59-66
    4.1.1 油源与气源  59
    4.1.2 方向控制元件  59-61
    4.1.3 流量控制元件  61-66
  4.2 发射阀控制系统仿真与分析  66-71
    4.2.1 仿真模型参数的计算  66-69
    4.2.2 仿真结果与分析  69-71
  4.3 排气阀控制系统模型建立与仿真分析  71-73
    4.3.1 AMESim仿真模型的建立  71-72
    4.3.2 仿真模型参数的计算  72
    4.3.3 仿真结果与分析  72-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章弹射机系统仿真  74-81
  5.1 弹射机仿真模型的建立与调试  74-77
    5.1.1 模型的建立  74-76
    5.1.2 模型的修正  76-77
  5.2 弹射能量控制规律研究  77-80
    5.2.1 CSV设定对弹射加速度、离舰速度的影响  77-78
    5.2.2 弹射质量与CSV设定的匹配性  78-79
    5.2.3 舰载机推力的影响  79-80
  5.3 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-86
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  86-87
致谢  87

蒸汽弹射装置能量控制系统研究及仿真

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