大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（整體車架設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)及座椅附件設(shè)計(jì)）（有exb圖+三維圖）帶CAD圖,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計(jì),整體,車架,標(biāo)準(zhǔn),安全,系統(tǒng),座椅,附件,exb,三維,CAD CMC熱保護(hù)系統(tǒng)，未來可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭 摘要：驗(yàn)性再入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诎l(fā)展正在歐洲發(fā)展,目的在于增加技術(shù)快速反應(yīng)水平（TRL）的技術(shù)適用于未來可重復(fù)使用的運(yùn)載器。這其中有Pre-X程序，目前由法國國家空間研究中心，法國航天局發(fā)起，即將進(jìn)入開發(fā)B階段，包括IXV，未來的發(fā)射準(zhǔn)備程序由歐空局負(fù)責(zé)的。這類車輛所需的主要技術(shù)之一-熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS），特別是陶瓷基復(fù)合材料（CMC）為基礎(chǔ)的迎風(fēng)TPS。為了達(dá)到這一目標(biāo)，在法國空間研究中心的承包下，2003年初，SPS發(fā)起活動(dòng)名為“通用卵石”技術(shù)活動(dòng)，以更完整的進(jìn)行瓦的通用設(shè)計(jì)的測試活動(dòng)，為實(shí)驗(yàn)性再入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮跉W洲的決定做好準(zhǔn)備。這項(xiàng)活動(dòng)的時(shí)間安排包括：設(shè)計(jì)，制作兩種C/SiC面板，有限元模型的設(shè)計(jì)計(jì)算，測試從面板中萃取的技術(shù)樣品，面板的機(jī)械壓力，和附件系統(tǒng)的完整研究。額外的測試正在絕緣密封附件設(shè)備的環(huán)境下進(jìn)行，冷加工的代表部分，為了進(jìn)一步的評(píng)估其在相關(guān)環(huán)境下的表現(xiàn)。 這份論文將介紹這項(xiàng)活動(dòng)自2006年這些模態(tài)特性，動(dòng)態(tài)，聲學(xué)以及熱和熱機(jī)械測試上的預(yù)測和預(yù)備。 1面板的作用 在2001-2002年pre-x實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過程中，法國斯奈克瑪固體火箭推進(jìn)器，負(fù)責(zé)pre-x迎風(fēng)側(cè)高熱再入面積，建議使用供TPS的c/sic纖維木瓦的設(shè)計(jì)。通用瓦的大量使用已經(jīng)引起了特別的注意。 為降低風(fēng)險(xiǎn)，名為“通用瓦”的準(zhǔn)備程序由CNES確立，它根據(jù)設(shè)計(jì)大量瓦元素的設(shè)計(jì)，制造和測試確定。這些撐血的主要目的是證明這項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)對(duì)所有c/sic瓦元素的適用性，以及在適應(yīng)性再入運(yùn)載器在迎風(fēng)側(cè)上使用的遠(yuǎn)見。為了支持這項(xiàng)證明，進(jìn)行了以下一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： （1）瓦和附件的設(shè)計(jì)，（2）設(shè)計(jì)的分析確認(rèn)，（3）完整大的瓦的制造，（4）c/sic面板特性的技術(shù)實(shí)驗(yàn)，（5）c/sic面板的振動(dòng)和壓力測試，（6）熱量測試，（7）熱機(jī)械測試。 圖1 圖2 2 瓦的概念說明 這一概念也被稱為“掛牌”分為兩個(gè)集合的元素: （1）具有機(jī)械功能(機(jī)械外殼、緊固件及支架) （2）具有散熱功能(內(nèi)部絕緣層、密封和絕緣墊圈)。 如圖1所示： 這是機(jī)械外殼所需的非常具有機(jī)械效率的材料，能夠使用在溫度非常高的環(huán)境下。但它的熱導(dǎo)率特性并不是最重要的。這是內(nèi)部絕緣和密封，不需要高的機(jī)械性能，可以由質(zhì)量小、靈活,和高性能絕緣材料組成。附件系統(tǒng)的面板到機(jī)身結(jié)構(gòu)必須能夠抵抗相對(duì)較高的溫度, 使熱膨脹的面板, 和傳遞出平面機(jī)械載荷之間的面板和冷卻結(jié)構(gòu)。 3、主瓦的要求 面板是制造相同的一般要求，相同的C/SiC材料和同一進(jìn)程的可預(yù)見的pre x迎風(fēng)面瓦同樣需要。因此，這種需求是從Pre-X TPS系統(tǒng)中派生出來，并從這個(gè)中總結(jié)出來。 （1） 尺寸的面板不小于一個(gè)為800×400平方毫米的等效氣動(dòng)表面 （2） 能夠有能力證明制造一個(gè)最小角為15度的非矩形傳感模式作為是必要的，在空氣動(dòng)力流之間的線條和邊緣的帶狀瓦。在圖2中給出了近似幾何 （3） 區(qū)域目標(biāo)質(zhì)量為15Kg平方米，面板本身重量應(yīng)該小于2.3公斤。 （4） 當(dāng)固定在一個(gè)代表一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，迎風(fēng)面能夠經(jīng)受最嚴(yán)重的熱通量和機(jī)械載荷。可參考熱通量如圖3所示 （5） 進(jìn)化的通量在通用的瓦面派生的比例參考通量。這種進(jìn)化如圖4所示。在這個(gè)通量之下，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該保持在低于150度的環(huán)境下。 圖3 圖4 機(jī)械加載指定面板: （1）覆狀瓦的元素在返回大氣層是的內(nèi)外壓力差為100 mbar到-100 mbar. （2）面板平面10 g的加速度和5 g正常飛機(jī)的面板是一樣的。 （3）15 g的動(dòng)態(tài)載荷做靜態(tài)加速度在面板平面猶如正常飛機(jī)表面10g的加速度。聲頻譜源自阿麗亞娜5 （4）飛行負(fù)載,如采用熱力負(fù)荷和變形的冷結(jié)構(gòu) 4、面板設(shè)計(jì) 為了達(dá)到上述要求和考慮到制造過程，設(shè)計(jì)平面如圖5和圖6 已經(jīng)確定的加強(qiáng)筋需要考慮三個(gè)簡單的機(jī)械的公式。然而，本需要建立九個(gè)附著點(diǎn)通過采用有限元熱機(jī)械分析可以獲得。此外，已經(jīng)考慮到兩個(gè)相鄰的面板之間的接口設(shè)計(jì)。 （1）步驟和間隙的減少，特別是由于相對(duì)熱機(jī)械位移 （2）允許集成從外部訪問的能力和拆卸 這導(dǎo)致了一個(gè)兩瓦的概念設(shè)計(jì)，可以參考圖7 最后，為了增加盡可能多的制造工藝驗(yàn)證，設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了進(jìn)展。這就是為什么制造的面板的皮膚由兩個(gè)單獨(dú)的紡織部分縫合在一起。為這個(gè)特定的面板的大小，這是沒有必要的，但較大的部件是需要這些的，這或許很有趣。此外，兩個(gè)紡織鏈接技術(shù)被用于組裝加強(qiáng)筋皮膚：編織和縫合。 圖5 圖6 圖7 5。附件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了將面板附加到車輛結(jié)構(gòu)，一種靈活附件系統(tǒng)已被設(shè)計(jì)。這系統(tǒng)能夠履行下列職能： （1） 機(jī)械性安裝面板到該結(jié)構(gòu)上 （2） 使擴(kuò)張面板之間的差異結(jié)構(gòu)靈活的對(duì)接。 （3） 通過足夠的剛度，防止大的外模線變形。 （4） 參與熱保護(hù)的結(jié)構(gòu) （5） 在不看見的情況系，通過一個(gè)小孔安裝和拆卸而又不丟失零件。 （6） 從面板的結(jié)構(gòu)傳遞載荷。 為了滿足這些需求，用對(duì)峙的解決方案提供了兩個(gè)軸的靈活性特點(diǎn)的問題。然后，這?對(duì)峙機(jī)械地固定到結(jié)構(gòu)，同時(shí)盡量減少傳熱。這意味著需要熱墊圈部件。由于溫度。零件擴(kuò)大不同時(shí)，彈性墊圈允許保持正確的擰緊。為了符合與輔助功能的需求，即使沒有能見度，所有的墊圈是一個(gè)系統(tǒng)，固定到其中一個(gè)零（面板或?qū)χ藕徒Y(jié)構(gòu)）在裝配前已經(jīng)被設(shè)計(jì)好。將所得配置顯示在圖8. 6。面板組件制造 兩個(gè)面板在上述設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上制造。一個(gè)被切斷，在特定的地方進(jìn)行測試，驗(yàn)證這些特殊性，和進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)的瓦。第二個(gè)保持完整并是目前用于測試。該制造過程說明如下。 開始生產(chǎn)制造的碳纖維碳前體增強(qiáng)執(zhí)行。這執(zhí)行根據(jù)上一層的多層機(jī)織物?？山M裝，編織，導(dǎo)致在一個(gè)自加筋板。這些面板的成型上的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料模塑的承受至少為所需要的溫度進(jìn)行硬化過程。這允許減少熱模具和零件之間的膨脹系數(shù)不匹配，可以出現(xiàn)金屬模具。這也使增加其低重量的使用的容易性。 然后，由液體的路由將預(yù)成型體硬化。講CVI致密化添加到碳化硅基中，在一個(gè)簡單的石墨框架持有的部分。粉碎后，內(nèi)緣翻邊加工和鉆孔的孔，在SiC CVI致密化過程中被再次執(zhí)行。如果有必要，也可以將添加的氧化保護(hù)涂層（圖9） 紅外無損檢測技術(shù)應(yīng)用于檢測任何潛在的缺陷。如圖10所示 除了在局部缺乏的預(yù)成型體的密實(shí)，沒有遇到缺陷。雖然略顯不足，整體密度的部分是正確的預(yù)期。 圖8 圖9 壓實(shí)效率的改進(jìn)模具和較高的整體密度將實(shí)施在未來的生產(chǎn)。 采購的附件系統(tǒng)，基于設(shè)計(jì)這里提出上述。絕緣為市售現(xiàn)成的殼二氧化硅/氧化鋁。該在面板周圍的密封件的基礎(chǔ)上填充到二氧化硅/氧化鋁Nextel的封套內(nèi)，并且被專門制造的瓦的幾何形狀。 最后，采購各種試驗(yàn)所需的金屬支撐結(jié)構(gòu)，為了能夠正確的與測試設(shè)施接口，和其余的代表真正的冷散熱片結(jié)構(gòu)的熱測試，和一個(gè)比較剛性的動(dòng)態(tài)測試。 7。面板的機(jī)械試驗(yàn) 在面板與其他組件上，一個(gè)機(jī)械壓力測試已經(jīng)進(jìn)行了。此測試的目的是驗(yàn)證下單獨(dú)面板的行為代表性加載。靈活的附件是不是包括但被認(rèn)為是一個(gè)無限剛性的條件。 為了考慮到測試的具體的有限元預(yù)測已執(zhí)行的測試和系數(shù)為1.3的負(fù)載應(yīng)用程序上被認(rèn)為是必要的，以具有代表性的航班，飛行機(jī)械負(fù)載。 可以預(yù)見校準(zhǔn)到50 mbar時(shí)，測試應(yīng)用cability的面板材料，從而作出一個(gè)初步的沉降。然后，加載要緩慢，增量上升到130毫巴的壓力差在飛行中的100毫巴代表性。 它會(huì)導(dǎo)致的結(jié)論是觀察到的氣流通過的材料孔隙率在校準(zhǔn)過程中，在測試過程中可能達(dá)到130毫巴。泄漏的一個(gè)重要部分是從局部缺乏壓實(shí)前討論。為未來的面板，因此可以減少這種泄漏。然而，正常的材料的總表面也參與泄漏，由于固有的磁導(dǎo)率的材料。此磁導(dǎo)率有助于減少在飛行中的重入壓力差，因此，它的值的測量可以幫助評(píng)價(jià)與當(dāng)前的設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)裕度的增加。 后人為間擰緊系統(tǒng)與內(nèi)部增量加載應(yīng)用程序進(jìn)行到130毫巴，100毫巴代表性在飛行中的柔性膜（圖11） 經(jīng)過測試無故障的面板進(jìn)行了觀察。本地?fù)p害被觀察到約90毫巴，這是與前階段進(jìn)行的測試一致。然而，分析是保守的，相比試過程中的全局行為。 測得的位移低于預(yù)測的和測得的應(yīng)變也較低，如圖12和13所示 圖10 圖11 圖12 圖13 例如，預(yù)期這將發(fā)生在約35毫巴的局部損傷，觀察到在90毫巴，和損壞，這是預(yù)計(jì)在大約107毫巴，并沒有出現(xiàn)。 此外，測試結(jié)果顯示分析高估在皮膚和角度的變形，甚至非線性行為的材料范圍。檢測后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)期在飛行中的皮膚的最大撓度是不超過3.7毫米的與當(dāng)前的幾何形狀，對(duì)應(yīng)于約2％的波度。導(dǎo)致面板皮膚的安全邊際大于0.86?？蚣芙菂^(qū)域，安全邊際是一個(gè)保守的做法，將是積極的。只有附件區(qū)角的小框架局部顯示了一個(gè)非常消極的安全邊際：確定后，設(shè)計(jì)活動(dòng)，將需要額外的附著點(diǎn)，如果指定的壓力水平被確認(rèn)。被執(zhí)行的行為的成品評(píng)價(jià)過程中的熱機(jī)械測試后分析。 8。動(dòng)態(tài)測試 IABG測試中心在德國已經(jīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試。這些測試都是基于通用瓦的動(dòng)態(tài)加載，測試活動(dòng)有以下目標(biāo)： （1）提供信息并沒有在絕緣上的模態(tài)特性的面板組件， 驗(yàn)證裝配到一個(gè)給定的動(dòng)態(tài)頻譜，組成不同的動(dòng)態(tài)頻率。加載方向，一方面在z方向上，并在x方向的另一方面 （2）驗(yàn)證裝配到一個(gè)給定的聲譜。