565 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（制動(dòng)與行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)）
565 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（制動(dòng)與行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)）,565,大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（制動(dòng)與行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)）,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計(jì),制動(dòng),行走,系統(tǒng)
外文資料譯文
圖14 模型測(cè)試設(shè)備
8.1 模態(tài)測(cè)試
關(guān)于目標(biāo)的模態(tài)試驗(yàn),第一個(gè)模式組合的頻率范圍低頻率(5赫茲)到350赫茲在有和沒有絕緣材料的條件下，已被研究。將要測(cè)定的模態(tài)特征為以下:
? 本征頻率,
? 模態(tài)形狀,和
? 模態(tài)阻尼因素。
測(cè)試物體(帶附件和密封裝置)被放置在一個(gè)剛性支承,在兩個(gè)不同的位置進(jìn)行刺激(見圖14)。
這些對(duì)構(gòu)型的測(cè)量與由有限元分析出來的預(yù)期結(jié)果是相關(guān)的，在沒有內(nèi)部絕緣,200赫茲的條件下。阻尼略低于模型里的任意值(0.4 -1%代替了1%)。再有絕緣材料的情況下,裝備好的殼體的表現(xiàn)就有顯著的改變:,整體位移模式阻尼增加到2.2%和皮膚模式增加到5%。這樣的高阻尼通常被認(rèn)為是有益的,因?yàn)樗鼞?yīng)該降低峰值水平在飛行動(dòng)態(tài)載荷的條件下。
頻率也有所改變由于絕緣材料的緣故,第一模態(tài)頻率
從95赫茲到91赫茲的轉(zhuǎn)換。在這兩種情況下,第一個(gè)模式在所有位移模式是平面與對(duì)峙,而第一個(gè)平面外模式發(fā)生在有絕緣的條件下的115赫茲和沒有隔緣的條件下的122赫茲。如圖15所示。
8.2 振動(dòng)測(cè)試
振動(dòng)試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證瓦元素到飛行載荷水平。因此,系統(tǒng)的完整性必須得到驗(yàn)證在一個(gè)代表動(dòng)態(tài)載荷的應(yīng)用下。
圖15.相應(yīng)的頻率一分之三模式(全瓦與絕緣)
預(yù)測(cè)分析已經(jīng)完成,開槽已進(jìn)在一定的頻率下實(shí)現(xiàn)了,以限制高峰負(fù)荷到可接受的值。這是合理的,因?yàn)槭聦?shí)上動(dòng)態(tài)負(fù)載的包裹很苛刻(最大負(fù)載從阿麗亞娜5環(huán)境),和由于面板必須經(jīng)受住動(dòng)態(tài)測(cè)試才可以在以后的熱力負(fù)荷條件下進(jìn)行測(cè)試。
兩種類型的振動(dòng)誘因已經(jīng)被評(píng)估出來:
?正弦振動(dòng),荷載規(guī)范見表1
表1
正弦振動(dòng)荷載規(guī)范
頻率范圍（赫茲）
加速度峰值
掃描率
5-16
10mm
1/3
16-60
10g
60-70
22.5g
2
70-200
22.5g
頻率（赫茲）
圖16 隨機(jī)振動(dòng)載荷
? 隨機(jī)振動(dòng)與載荷被描述在圖16中。
圖17 震動(dòng)測(cè)試
振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，和一個(gè)完全裝備的瓦一起顯示在圖17中。
裝備的整體性能令人非常滿意:CMC面板經(jīng)受住了負(fù)載而且沒有顯著損傷。密封材料被移出了外殼(見圖18),這并不代表實(shí)際的使用結(jié)果。在現(xiàn)實(shí)情況下,他們確實(shí)會(huì)被壓緊在相鄰板的密封條材料上。
圖18 震動(dòng)測(cè)試后的面板
加速計(jì)和應(yīng)變計(jì)結(jié)果正在進(jìn)行分析，總體結(jié)果符合預(yù)期。一些與預(yù)測(cè)在高頻率下的差異(500 - 2000赫茲)將進(jìn)行進(jìn)一步的研究(如圖19)。
圖19 測(cè)量加速度范例
8.3 聲學(xué)測(cè)試
聲學(xué)測(cè)試最近被執(zhí)行了，其結(jié)果也在正在進(jìn)行的分析。聲頻譜的使用定義在表2中:
表2
音階帶
聲級(jí)（分貝）
31
154
63
153
125
152
1250
150
500
150
1000
150
2000
149
全程音壓位準(zhǔn)
160
這種頻譜被逐步應(yīng)用,一次就指定負(fù)載為總聲壓級(jí)的145.9 分貝,一次為154.8 分貝和最后一個(gè)是158.9分貝。
測(cè)試裝置見圖20。
圖20 聲學(xué)測(cè)試
整體的結(jié)果又令人滿意的,在測(cè)試期間沒有任何損壞的跡象。測(cè)量的壓力也是在CMC材料許用值。好結(jié)果為接下來的熱力、熱機(jī)械的測(cè)試提供了方便。
9. 熱測(cè)試
這些測(cè)試都是基于熱加載通用瓦,和測(cè)試活動(dòng)有以下目的:
?驗(yàn)證C / SiC瓦TPS概念脫離側(cè)瓦組件的整體保溫功能,
?驗(yàn)證兩個(gè)相鄰?fù)咂涌谥g的熱絕緣功能，
?驗(yàn)證熱絕緣功能的附件系統(tǒng)是表象的環(huán)境,
?驗(yàn)證通過熱機(jī)械應(yīng)力影響在只有熱負(fù)載的條件下
?通過測(cè)量全球熱映射反饋到有限元熱計(jì)算模型精度
?驗(yàn)證通過的熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷相結(jié)合對(duì)熱機(jī)械應(yīng)力的影響。
圖21 熱學(xué)測(cè)試
圖22 組裝好的測(cè)試件
測(cè)試中包含在C / SiC面板連接到是表象的冷結(jié)構(gòu),借助其絕緣系統(tǒng)9個(gè)附件和密封。另外,為了驗(yàn)證兩個(gè)相鄰?fù)呓M件之間的接
口,·另一個(gè)C / SiC面板已經(jīng)添加(其絕緣,密封和附件系統(tǒng))一側(cè)的瓦片,先前在動(dòng)態(tài)環(huán)境中測(cè)試（如圖21）。
?接口孔為M3的連接，用測(cè)試手段,
?排氣洞保持與外部的試驗(yàn)臺(tái)同樣水平的壓力，
?DT孔訪問，以及
?壓力傳感器的固定和通道。
裝配好的的測(cè)試物體顯示在圖22中。
進(jìn)行熱測(cè)試在一個(gè)循序漸進(jìn)的過程中進(jìn)行。第一次進(jìn)行了預(yù)測(cè)試和一個(gè)持續(xù)時(shí)間為500秒的期間,一個(gè)事件熱通量350 千瓦/平方米應(yīng)用,對(duì)應(yīng)280 千瓦/平方米收到的瓦片,如下圖23。
圖23 熱測(cè)試中指定熱剖面
這提前測(cè)試允許驗(yàn)證可行性,特定熱負(fù)荷的應(yīng)用(尤其是冷卻階段),并確認(rèn)通過一個(gè)通量計(jì)代替熱電偶控制測(cè)試的可能性，從而提供更好的控制精度。在檢測(cè)前,確定溫度增加的金屬附件組件是比預(yù)期要慢的,這允許進(jìn)行更長(zhǎng)期的持續(xù)測(cè)試。因此預(yù)測(cè)試后接一個(gè)全程時(shí)間熱測(cè)試的80持續(xù)期間最大。
這個(gè)測(cè)試的初步結(jié)果證實(shí)測(cè)量冷結(jié)構(gòu)溫度仍然低于100?C。
然后熱力測(cè)試在瓦片總成上進(jìn)行,一個(gè)壓差在熱加載的同時(shí)被應(yīng)用到表面上。應(yīng)用的熱負(fù)荷,是同樣的指定熱試驗(yàn)(圖23)與熱使用在1000秒,而加載的壓力顯示在圖24。
圖24 熱機(jī)械測(cè)試的壓力輪廓
完整的測(cè)試物體被放在一個(gè)真空室來模擬環(huán)境急劇變化。為了能夠在施加熱負(fù)荷的同時(shí)在面板表面上施加一個(gè)壓差,一個(gè)特定的測(cè)試裝置已經(jīng)被德國(guó)工業(yè)設(shè)備公司設(shè)計(jì)和制造,負(fù)責(zé)這些性能的測(cè)試。圖25為這一個(gè)測(cè)試設(shè)備。
圖25 熱機(jī)械測(cè)試設(shè)備
通過熱機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行了第一次測(cè)試,但是在530秒后,由于通量計(jì)在測(cè)試失效而失敗了。這個(gè)失敗導(dǎo)致瓦片的外部表面過熱，達(dá)到1600 C,而公稱值為1300 C。由于這個(gè)原因中止測(cè)試,壓力不能在這次測(cè)試中的得到加載。
第二次測(cè)試進(jìn)行時(shí),熱條件所控制的一個(gè)高溫計(jì)代替磁通計(jì)。這次測(cè)試是完全成功的，且沒有進(jìn)一步的麻煩,與應(yīng)用的熱通量為1000秒,而相應(yīng)的100 mbar壓力負(fù)荷的應(yīng)用之間的第700秒和第2200秒。測(cè)試物體呈現(xiàn)在圖26。
圖26 測(cè)試物體準(zhǔn)備好進(jìn)行熱機(jī)械測(cè)試
初步分析結(jié)果證實(shí)了已經(jīng)進(jìn)行過的熱測(cè)試的觀測(cè)。此外,位移測(cè)量表明,該值要略高于預(yù)測(cè)在熱試驗(yàn),但略低于預(yù)測(cè)在熱力測(cè)
試中的結(jié)果。它也指出,在壓力加載的過程中,有一個(gè)高水平的強(qiáng)制對(duì)流,由于壓差是由連續(xù)注入冷中性的氣體的實(shí)際情況。這種對(duì)流,不會(huì)出現(xiàn)在實(shí)際飛行條件下,誘導(dǎo)更高的通過瓦厚度的熱傳播率，和一旦入射熱流是停止，更高的冷卻速率。這種強(qiáng)制對(duì)流將被考慮在測(cè)試后進(jìn)行詳細(xì)分析。
10。 結(jié)論
通用瓦項(xiàng)目,資助項(xiàng)目研究開始于2003年,已經(jīng)證明它有能力設(shè)計(jì)和制造大型碳 / 碳化硅 TPS組件，在使用最新的材料和技術(shù)條件下。下一步,包括在最終設(shè)計(jì)的驗(yàn)證,機(jī)械測(cè)試和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證這個(gè)面板,以及熱測(cè)試和熱物性測(cè)試的進(jìn)行，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。
這塊板已經(jīng)成功地經(jīng)受住了嚴(yán)峻的壓差載荷(130 mbar),以及苛刻的正弦和隨機(jī)振動(dòng)載荷。這也是在聲學(xué)室測(cè)試到負(fù)載沒有明顯損壞CMC面板或支座絕緣子。密封材料部分受損,但在他們被放在的面板密封條周圍時(shí)，他們的測(cè)試構(gòu)型非常完整。熱性能測(cè)試和熱物性測(cè)試,對(duì)瓦總成在高溫條件下,包括與壓力加載結(jié)合時(shí)的特性表現(xiàn)提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這個(gè)測(cè)試的結(jié)果運(yùn)動(dòng)強(qiáng)有力的驗(yàn)證了驗(yàn)證TPS技術(shù)。
更多的實(shí)驗(yàn)探究仍要在以后執(zhí)行,如進(jìn)一步加強(qiáng)的密封材料,絕緣附件支座絕緣子和墊圈,和特定的當(dāng)?shù)靥?/ 碳化硅面板區(qū)域,以及分析和測(cè)試的增壓/ 減壓方面。
作為已經(jīng)進(jìn)行了的測(cè)試活動(dòng),和將來更多的實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,大瓦概念將達(dá)到必要的使用技術(shù)成熟水平，以達(dá)到發(fā)展全面重返汽車的示范作用。
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