565 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（制動與行走系統(tǒng)設(shè)計）
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外文資料譯文
圖14 模型測試設(shè)備
8.1 模態(tài)測試
關(guān)于目標(biāo)的模態(tài)試驗,第一個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。
測試物體(帶附件和密封裝置)被放置在一個剛性支承,在兩個不同的位置進行刺激(見圖14)。
這些對構(gòu)型的測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,因為它應(yīng)該降低峰值水平在飛行動態(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,第一個模式在所有位移模式是平面與對峙,而第一個平面外模式發(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 振動測試
振動試驗的目的是驗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證在一個代表動態(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)測分析已經(jīng)完成,開槽已進在一定的頻率下實現(xiàn)了,以限制高峰負(fù)荷到可接受的值。這是合理的,因為事實上動態(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)受住動態(tài)測試才可以在以后的熱力負(fù)荷條件下進行測試。
兩種類型的振動誘因已經(jīng)被評估出來:
?正弦振動,荷載規(guī)范見表1
表1
正弦振動荷載規(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 隨機振動載荷
? 隨機振動與載荷被描述在圖16中。
圖17 震動測試
振動測試設(shè)備，和一個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),這并不代表實際的使用結(jié)果。在現(xiàn)實情況下,他們確實會被壓緊在相鄰板的密封條材料上。
圖18 震動測試后的面板
加速計和應(yīng)變計結(jié)果正在進行分析，總體結(jié)果符合預(yù)期。一些與預(yù)測在高頻率下的差異(500 - 2000赫茲)將進行進一步的研究(如圖19)。
圖19 測量加速度范例
8.3 聲學(xué)測試
聲學(xué)測試最近被執(zhí)行了，其結(jié)果也在正在進行的分析。聲頻譜的使用定義在表2中:
表2
音階帶
聲級（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)載為總聲壓級的145.9 分貝,一次為154.8 分貝和最后一個是158.9分貝。
測試裝置見圖20。
圖20 聲學(xué)測試
整體的結(jié)果又令人滿意的,在測試期間沒有任何損壞的跡象。測量的壓力也是在CMC材料許用值。好結(jié)果為接下來的熱力、熱機械的測試提供了方便。
9. 熱測試
這些測試都是基于熱加載通用瓦,和測試活動有以下目的:
?驗證C / SiC瓦TPS概念脫離側(cè)瓦組件的整體保溫功能,
?驗證兩個相鄰?fù)咂涌谥g的熱絕緣功能，
?驗證熱絕緣功能的附件系統(tǒng)是表象的環(huán)境,
?驗證通過熱機械應(yīng)力影響在只有熱負(fù)載的條件下
?通過測量全球熱映射反饋到有限元熱計算模型精度
?驗證通過的熱負(fù)荷與機械負(fù)荷相結(jié)合對熱機械應(yīng)力的影響。
圖21 熱學(xué)測試
圖22 組裝好的測試件
測試中包含在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個附件和密封。另外,為了驗證兩個相鄰?fù)呓M件之間的接
口,·另一個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,先前在動態(tài)環(huán)境中測試（如圖21）。
?接口孔為M3的連接，用測試手段,
?排氣洞保持與外部的試驗臺同樣水平的壓力，
?DT孔訪問，以及
?壓力傳感器的固定和通道。
裝配好的的測試物體顯示在圖22中。
進行熱測試在一個循序漸進的過程中進行。第一次進行了預(yù)測試和一個持續(xù)時間為500秒的期間,一個事件熱通量350 千瓦/平方米應(yīng)用,對應(yīng)280 千瓦/平方米收到的瓦片,如下圖23。
圖23 熱測試中指定熱剖面
這提前測試允許驗證可行性,特定熱負(fù)荷的應(yīng)用(尤其是冷卻階段),并確認(rèn)通過一個通量計代替熱電偶控制測試的可能性，從而提供更好的控制精度。在檢測前,確定溫度增加的金屬附件組件是比預(yù)期要慢的,這允許進行更長期的持續(xù)測試。因此預(yù)測試后接一個全程時間熱測試的80持續(xù)期間最大。
這個測試的初步結(jié)果證實測量冷結(jié)構(gòu)溫度仍然低于100?C。
然后熱力測試在瓦片總成上進行,一個壓差在熱加載的同時被應(yīng)用到表面上。應(yīng)用的熱負(fù)荷,是同樣的指定熱試驗(圖23)與熱使用在1000秒,而加載的壓力顯示在圖24。
圖24 熱機械測試的壓力輪廓
完整的測試物體被放在一個真空室來模擬環(huán)境急劇變化。為了能夠在施加熱負(fù)荷的同時在面板表面上施加一個壓差,一個特定的測試裝置已經(jīng)被德國工業(yè)設(shè)備公司設(shè)計和制造,負(fù)責(zé)這些性能的測試。圖25為這一個測試設(shè)備。
圖25 熱機械測試設(shè)備
通過熱機械應(yīng)力進行了第一次測試,但是在530秒后,由于通量計在測試失效而失敗了。這個失敗導(dǎo)致瓦片的外部表面過熱，達到1600 C,而公稱值為1300 C。由于這個原因中止測試,壓力不能在這次測試中的得到加載。
第二次測試進行時,熱條件所控制的一個高溫計代替磁通計。這次測試是完全成功的，且沒有進一步的麻煩,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。測試物體呈現(xiàn)在圖26。
圖26 測試物體準(zhǔn)備好進行熱機械測試
初步分析結(jié)果證實了已經(jīng)進行過的熱測試的觀測。此外,位移測量表明,該值要略高于預(yù)測在熱試驗,但略低于預(yù)測在熱力測
試中的結(jié)果。它也指出,在壓力加載的過程中,有一個高水平的強制對流,由于壓差是由連續(xù)注入冷中性的氣體的實際情況。這種對流,不會出現(xiàn)在實際飛行條件下,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。這種強制對流將被考慮在測試后進行詳細(xì)分析。
10。 結(jié)論
通用瓦項目,資助項目研究開始于2003年,已經(jīng)證明它有能力設(shè)計和制造大型碳 / 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)計的驗證,機械測試和動態(tài)驗證這個面板,以及熱測試和熱物性測試的進行，現(xiàn)在已經(jīng)實現(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振動載荷。這也是在聲學(xué)室測試到負(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，他們的測試構(gòu)型非常完整。熱性能測試和熱物性測試,對瓦總成在高溫條件下,包括與壓力加載結(jié)合時的特性表現(xiàn)提供了有價值的數(shù)據(jù)。這個測試的結(jié)果運動強有力的驗證了驗證TPS技術(shù)。
更多的實驗探究仍要在以后執(zhí)行,如進一步加強的密封材料,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,以及分析和測試的增壓/ 減壓方面。
作為已經(jīng)進行了的測試活動,和將來更多的實驗探究的結(jié)果,大瓦概念將達到必要的使用技術(shù)成熟水平，以達到發(fā)展全面重返汽車的示范作用。
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