北航柔性接头.docx
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北航柔性接头.docx
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北航柔性接头
1实验目的
1.1实验背景
柔性喷管是当前固体发动机广泛使用的一种推力矢量方案。
柔性喷管由活动体、固定体及柔性接头3大部件组成。
柔性接头是柔性喷管的最重要的部件。
通过冷摆试验,可以得到其摆心漂移的特性及摆角与摆动力矩的关系。
1.2实验目的
(1)研究和测量柔性接头的摆心漂移;
(2)实验得到柔性接头的摆角与摆动力矩的关系;
(3)通过试验,了解和掌握位移、力和倾角传感器的用法。
2实验步骤
2.1实验系统组装
(1)实验机械结构组装,拧紧螺栓/螺钉紧固件,使柔性接头、压力容器、容器盖板之间的O形橡胶密封圈达到设计压缩量,保证气密性;
(2)安装位移传感器、倾角传感器等位置测试元件;
(3)安装伺服机构系统,调整作动筒伸出长度,并安装拉/压力传感器,通过关节轴承与柔性接头刚性杆连接;
(4)供气系统管路组装,在压力容器上安装压力传感器;
(5)各传感器通过电缆线接入数显仪表,各数显仪表向计算机输出RS232数字信号,由数据采集软件完成数据记录。
2.2实验系统调试
(1)测控系统调试,包括数显仪表及数据采集软件调试;
(2)伺服机构调试,包括限位开关调试,作动筒伸缩调试等。
2.3实验过程操作
(1)各数显仪表清零;
(2)通过配气台向压力容器供气加压,使柔性接头处于实验工况要求的压强
载荷作用,将各数显仪表测试值清零;
(3)由计算机向驱动器发指令,控制伺服机构作动筒伸缩运动,通过水平位移传感器的读数找准摆杆的零位置点,并将各数显仪表测试值清零;
(4)使柔性接头达到实验工况要求的不同摆角状态,记录各数显仪表测试值;
(5)实验完成后,伺服机构复位,压力容器中气体排空。
(6)由实验记录数据,分析实验柔性接头的摆心漂移情况及力矩-摆角曲线;
3实验数据记录
测量摆心位置、力矩及摆角。
摆角每隔1度记录一组数据,最大摆角6º左右。
按照表1记录测量值。
已知:
表1原始数据记录
角度/°
铅垂位移/mm
水平位移(上)/mm
水平位移(下)/mm
力/N
-0.01462
0.000620409
0.0184184
0.0286225
-16.3918
1.07121
0.099258
2.76892
2.02104
-220.722
2.00394
0.27685
5.28255
3.88307
-377.113
3.0522
0.62533
8.13487
6.00217
-537.423
4.01469
1.07198
10.7795
7.97233
-677.835
4.99888
1.67244
13.5862
10.0877
-831.34
6.0138
2.44163
16.5286
12.315
-1013.71
4实验数据处理
对记录的原始数据按照实验原理中介绍的方法进行处理,编制相应的计算程
序,得到摆心位置(包括横向和纵向),力矩与摆角的关系,做出相关曲线。
计算结果如表2所示。
表2各参数与角度之间的关系
计算摆角(°)
摆心横坐标(mm)
摆心纵坐标(mm)
摆动力矩(N·m)
比力矩(Nm/°)
1.07113
-296.23139
2.47337
-44.76751
-41.79449
2.00379
-305.46084
2.70595
-79.89108
-39.86999
3.05198
-306.93408
5.47711
-114.44847
-37.49977
4.01439
-308.39885
7.49606
-145.29657
-36.19391
4.99851
-314.3171
10.07708
-182.38864
-36.48859
6.01336
-316.9664
12.67358
-224.64089
-37.35696
根据角度由负到正逐渐增大的过程,确立摆心横坐标和纵坐标之间的关系,可以确定摆心漂移量,如图1所示:
图1摆心漂移量
根据摆心横坐标和角度的关系,确定摆心漂移的大致位置,如图2所示:
图2摆心横坐标和角度之间的关系
根据摆心纵坐标和角度之间的关系,确定摆心漂移的大致位置,如图3所示:
图3摆心纵坐标和角度之间的关系
确定摆动力矩和角度之间的关系,如图4所示:
图4摆动力矩和角度之间的关系
确定比力矩和角度之间的关系,如图5所示:
图5比力矩和角度之间的关系
5思考题
(1)实验中柔性接头的结构参数为见表3,试根据弹性力矩的比力矩计算公式计算此柔性接头的弹性比力矩(假设弹性件的剪切模量为0.24MPa)。
表3柔性接头结构参数
接头球半径a/mm
80
接头角β/°
55
接头内角β1/°
45
接头外角β2/°
65
接头锥角φ/°
15
弹性件层数ne
6
增强件层数nr
5
弹性件厚度te/mm
1.0
增强件厚度tr/mm
1.2
答:
其中:
将以上数据代入公式,计算结果为33.8
。
(2)根据实验数据,计算出最大摆角和零度时的力臂长度。
答:
正最大摆角时的力臂长度:
;
零度时的力臂长度为:
184.75mm。
(3)写出你在本实验中的感想体会以及建议。
通过本次实验,我了解了关于柔性喷管的基本工作原理,在装配过程中对其结构组成也有了一定的认识。
在任老师和苏师兄的细心指导下,我们进行了对柔性接头性能测试的工作。
通过过冷摆试验,得到柔性接头的摆心漂移特性及摆角与摆动力矩之间的关系,收获颇多。
尽管参与了柔性喷管的装配,在实验过程中也参与了实验数据的读取,但对整个实验过程思路并不是特别清晰,主要原因在于前期准备工作不够充分,希望自己以后在其他实验方面能有所改进。
任老师和苏师兄都是尽心尽责的好前辈,为我们树立了榜样。
6附带程序
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#definePI3.1415926535
//********************定义变量******************************
doubleXc=-308.78,Yc=443.95,Xv0=-92.5,Yv0=50.5,L1=191.08,L2=151.08;
doubledelta[7]={0.0};
doubleL_temp1[7]={0.0286225,2.02104,3.88307,6.00217,7.97233,10.0877,12.315};
doubleL_temp2[7]={0.0184184,2.76892,5.28255,8.13487,10.7795,13.5862,16.5286};
doubleL_temp3[7]={0.000620409,0.099258,0.27658,0.625325,1.07198,1.67244,2.44163};
doubleF[7]={-16.3918,-220.722,-377.113,-537.423,-677.835,-831.34,-1013.71};
doubleL_temp1_fan[7]={0.0230173,-1.56018,-3.11685,-4.67352,-6.35878,-7.89545,-9.27149};
doubleL_temp2_fan[7]={0.0347226,-2.27226,-4.50368,-6.75857,-9.17076,-11.4047,-13.4646};
doubleL_temp3_fan[7]={0.00721037,0.127704,0.338683,0.655227,1.10323,1.62603,2.20428};
doubleF_fan[7]={145.773,330.309,486.907,653.608,831.959,1046.49,1319.07};
doublestar_x[7]={0.0},star_y[7]={0.0};
doubleX0[7]={0.0},Y0[7]={0.0},XD[7]={0.0},YD[7]={0.0};
doubleDelta_L1[7]={0.0};
doubleXv[7]={0.0},Yv[7]={0.0};
doubleR_temp=0,tgH=0;
doubleL[7]={0.0};
doubleLm[7]={0.0};
doubleM[7]={0.0};
doublem[7]={0.0};
voidcalculate(){
inti=0;
FILE*fp1;
Delta_L1[0]=L_temp1[0];
for(i=1;i<7;i++){
Delta_L1[i]=L_temp1[i]-L_temp1[i-1];
}
for(i=0;i<7;i++){
delta[i]=atan((L_temp2[i]-L_temp1[i])/(L1-L2));
}
X0[0]=L_temp3[0]*cos(delta[0])*cos(delta[0])-L1*sin(delta[0])*sin(delta[0])-L_temp1[0]*sin(delta[0])*cos(delta[0]);
Y0[0]=(X0[0]+L1)*tan(delta[0])+L_temp1[0];
XD[0]=-(L1+Delta_L1[0])/tan(delta[0]);
YD[0]=(XD[0]+L1)*tan(delta[0])+L_temp1[0];
for(i=1;i<7;i++){
X0[i]=L_temp3[i]*cos(delta[i])*cos(delta[i])-L1*sin(delta[i])*sin(delta[i])-L_temp1[i]*sin(delta[i])*cos(delta[i]);
Y0[i]=(X0[i]+L1)*tan(delta[i])+L_temp1[i];
XD[i]=-(L1+Delta_L1[i]/(tan(delta[i])-tan(delta[i-1])));
YD[i]=(XD[i]+L1)*tan(delta[i])+L_temp1[i];
}
star_x[0]=(X0[0]*X0[0]/Y0[0]/2+Y0[0]/2-XD[0]*cos(delta[0]/2)/sin(delta[0]/2))/(X0[0]/Y0[0]-cos(delta[0]/2)/sin(delta[0]/2));
star_y[0]=-(star_x[0]-XD[0])*cos(delta[0]/2)/sin(delta[0]/2);
for(i=1;i<7;i++){
if(delta[i]<10/180*PI){
star_x[i]=((Y0[i]+Y0[i-1])/2-XD[i]*cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2))/((X0[i]-X0[i-1])/(Y0[i]-Y0[i-1])-cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2));
star_y[i]=-(star_x[i]-XD[i])*cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)+YD[i];
}else{
star_x[i]=((X0[i]-X0[i-1])*(X0[i]+X0[i-1])/(Y0[i]-Y0[i-1])/2+(Y0[i]+Y0[i-1])/2-XD[i]*cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)-YD[i])/((X0[i]-X0[i-1])/(Y0[i]-Y0[i-1])-cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2));
star_y[i]=-(star_x[i]-XD[i])*cos(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)/sin(delta[i-1]+(delta[i]-delta[i-1])/2)+YD[i];
}
}
Xv[0]=-92.5;
Yv[0]=50.5;
for(i=1;i<7;i++){
R_temp=sqrt((Xv[i-1]-star_x[i])*(Xv[i-1]-star_x[i])+(Yv[i-1]-star_y[i])*(Yv[i-1]-star_y[i]));
tgH=((Yv[i-1]-star_y[i])/(Xv[i-1]-star_x[i])+tan(delta[i]-delta[i-1]))/(1-(Yv[i-1]-star_y[i])/(Xv[i-1]-star_x[i])*tan(delta[i]-delta[i-1]));
Xv[i]=R_temp/sqrt(1+tan(tgH)*tan(tgH))+star_x[i];
Yv[i]=(Xv[i]-star_x[i])*tan(tgH)+star_y[i];
L[i]=sqrt((Xv[i]-Xc)*(Xv[i]-Xc)+(Yv[i]-Yc)*(Yv[i]-Yc));
Lm[i]=fabs(((Yv[i]-Yc)/(Xv[i]-Xc)*star_x[i]-star_y[i]+Yc-(Yv[i]-Yc)/(Xv[i]-Xc)*Xc)/sqrt(1+(Yv[i]-Yc)/(Xv[i]-Xc)*(Yv[i]-Yc)/(Xv[i]-Xc)));
M[i]=F[i]*Lm[i]/1000;
m[i]=M[i]/delta[i];
}
fopen_s(&fp1,"result.txt","a+");
for(i=1;i<7;i++){
fprintf(fp1,"\n%.8f%.8f%.8f%.8f%.8f",delta[i]*180/PI,star_x[i],star_y[i],M[i],m[i]/180*PI);
}
fclose(fp1);
}
int_tmain()
{
calculate();
for(inti=0;i<7;i++){
L_temp1[i]=L_temp1_fan[i];
L_temp2[i]=L_temp2_fan[i];
L_temp3[i]=L_temp3_fan[i];
F[i]=F_fan[i];
}
calculate();
return1;
system("pause");
}
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