一．选题依据及意义
在空战中，空空导弹是不可或缺的武器，它具有反应速度快、机动性能好且尺寸小等优点，因此倍受各国军事作战的青睐。但是导弹在飞行过程中的高机动性和旋转会使导弹上的固体火箭发动机承受很高的负载[1]。当负载值接近导弹的最大承受能力或是出现过载时，导弹壳体的受力情况将变得非常复杂。下图1-1所示是导弹在过载下的受力分布情况。
图1-1导弹过载下的受力图
从图中可以看到，处于过载情况下的导弹，在飞行过程中会受到多种力的作用，主要有轴向加速度、导弹质心、法向加速度、主翼压心以及尾翼压心等。本文中主要讨论导弹在过载的情况下产生的法向加速度对发动机的影响，它主要包括以下两点[2].
(l)法向加速度对导弹机械结构的影响
在飞行过程中，机动性能好的导弹过载能达到30~60g。在大过载情况下，如果导弹的抗过载能力差的话，那么就很容易发生弯曲或变形，且其弯曲幅度与导弹的长度有关，一般有几十毫米甚至上百毫米。在这种大变形下，一方面，发动机结构强度一定会受到影响，弹体可能会被折断;另一方面，这么大的变形也可能会引起绝热层的脱粘，使发动机烧穿的可能性增加。严重时，还有可能会损坏燃烧室内的固体药柱。
(2)法向加速度对导弹发动机内流场的影响
由于法向加速度使弹体发生了形变，进而改变了发动机内部的空间，使内流场发生很大的变化。内流场的变化会引起燃烧室内燃烧产物密度分布不均，由于燃烧产物会向法向加速度方向运动，所以法向加速度这一侧的密度远远高于另一侧，这就会加速这一侧绝热层的烧蚀。不仅如此，发动机后部还会形成折射使能量相对聚集，因此发动机后部的绝热层也会加速烧蚀[3]。法向加速度对导弹的影响如图1-2所示。
图1-2法向加速度对导弹的影响示意图
实践证明，要验证发动机承受过载的能力，只进行理论运算是远远不够的。还应该通过相应的地面过载试验设备进行考察，验证导弹发动机在法向加速度作用下的性能。本论文的目的就是设计一套模拟装置，模拟导弹在高过载下的飞行状态，测量在此状态下的各种参数，以此来评价导弹的性能，给产品设计人员用以参考，对产品的设计做出指导，设计出质量好、可靠性高的产品。
二.国内外研究现状及发展趋势（文献综述）
2.1国内研究现状
通常在航空发动机研制过程中都必须重复性地进行大量的地面试验，发动机的试验测试对动机研制、改进都至关重要。相对于国内，国外对发动机测试技术的研究更领先，他们对试验装置的建设和发展十分重视[4]。美国、法国、英国、德国等很多国家都先后建立了加速度过载模拟试验台。
早在1920年左右，一些发达国家就展开了对模拟高空试验技术的研究。经过40年的不懈努力和大量试验，美国宇航局的兰利研究中心、海军研究生院等才在这一方面取得了重要进展[5]。在当时该技术领域的领头羊美国空军阿诺德工程发展中心(AEDC)里己有涡轮与火箭发动机、弹道试验等装置50余个[6,7]。苏联的研究紧跟美国的步伐，此外，英国法国也有进展。在此期间，美国还兴建了世界上规模最大的高空模拟实验设备ASTF(Aero一Propulsion Systems Test Facility)。同时，测试技术也开始由最初的脱机数据收集方式往联机数据同时收集、处理及储存的方向演变[8]。
在随后的建设中，试验台研究的重心从扩大规模转移到了扩展实验功能的方向。此时，计算机技术和测试仪器都在蓬勃发展，随着这些技术的发展，以计算机辅助技术(CAT，Computer Aided Test)为核心的测试系统被用于航空发动机测试工程中。计算机辅助技术在硬件的平台上实现了试验测试的数字化、软件化，采用计算机平台可以达到降低建造的成本，提升及优化试验的性能的目的[9]。
近年来，国外的CAT技术己经趋于成熟，这项技术也正普遍使用在诸多试验台中，如德国与法国某些研究机构将CAT技术应用于试验台中，使得数据的传输效率和可靠性都得到了最大限度的保证[9];美国ASTF测试平台也采用了计算机辅助技术，将所有的测试工作整合，实现了测试一体化。此外，还有美国国家航空航天局的Langley研究中心研制的“实时闭环仿真及控制系统”;口本研发的喷气加速度过载模拟试验台诊断平台。总之，如今国外的加速度过载模拟试验台均全方位地采用以计算机辅助技术为核心的数字化测控装置[10]。
2.2国内研究现状
相比较国外的研究，国内对加速度过载模拟试验台的研究起步比较晚。20世纪60年代开始，国内对试验台测试系统的研究从模拟仪表起步，这算得上是中国的第1代航空加速度过载模拟试验台。受到技术不先进的制约，国内测试系统普遍使用模拟仪表，相对于数字式仪表，模拟仪表具有试验效率低、用时长等劣势。1965年起，我国开始设计建立连续气源航空加速度过载模拟试验台(简称SB101)[ll]，通过30年的不懈努力，此试验台终于在1995年正式投入使用。此后，我国的试验台研究发展迅速:前后建设了SB121(3号舱)涡轴加速度过载模拟试验台和(4号舱)小型航空加速度过载模拟试验台[12];接着2号高空舱项目(当时投资最大的单台设备建设航空发动机项目)也开始进入研发建设中。
随着具有单片机技术的数字式智能仪表的出现，仪器仪表由模拟时代进入了数字时代。同时，计算机技术和计算机接口技术也在迅速发展，计算机技术被大量应用到数据采集和处理中。20世纪后期，集成数据采集系统成了国内试验台上使用最为广泛的系统。这种系统稳定可靠，但是存在参数重复测量、成本高、维护不方便等缺点[13]。
此后，基于虚拟仪器概念的网络化测试系统出现，网络化的出现让资源内部共享、信息交流、仪器的远程控制变得更加方便、快捷。此时，计算机辅助测试技术也被用到国内的试验台测试系统中;在上个世纪90年代，六二四研究所与西工大共同研制出平面叶栅计算机辅助试验系统;2001年，西安航空发动机集团公司的WP-8航空发动机CAT试车系统也投入了使用;2008年，南京航空航天大学研制的基于虚拟仪器的航空加速度过载模拟试验台CAT系统也成功投入使用。随着各种先机技术的不断发展，现如今，国内加速度过载模拟试验台测控系统己经为用户提供了一种全新的数据采集和控制、数据处理及分析的方法[14]。它采用网络技术把客户端、服务器、数据库以及用于测量的设备紧密的联系在一起。
四．研究内容及方案
研究内容：首先是了解该课题的特点以及发展状况,对所选课题有个初步的了解,为总体方案的提出打下基础.第二步是传动系统方案的设计、比较与确定,通过对传动方案的选择,从而完成整体设计.画出装配图,装配图画好后,从装配图中设计计算选择各零件以及完成对零件图的初步绘制, 用三维软件Solidworks建立实体模型。给模型添加运动学参数、质量特性参数、力学特性参数等外部环境，基于SolidWorks SimulationXpress完成实验虚拟平台下的运动测试。之后是对工件的夹紧方案的设计、比较与确定,完成设计后,是要与生产部门讨论加工问题,看设计的方案是否符合加工方案,不合适的地方再加以再进.最后使之能满足生产实际的需要。
设计方案图：
组成：
1.支撑定架 ；2.带轮传动； 3.旋转平台；4.旋转支架；
5.刹车系统 ；6.定 轴； 7.减震系统；8.安装系统；
9.轴 承 ；10.底 座；
传动路线及装夹方案分析：
传动路线：21—22—20—19—14—10--8即电动机启动，通过联轴器带动减速器转动，减速器通过带轮和V带带动旋转平台转动，，固定在旋转平台上的发动机随旋转平台一起转动。
夹具方案：用了三处加紧装置，上夹紧装置和中夹紧装置是通过方形板块把工件和旋转轴连接在一起，采用的是螺栓联接。下夹紧装置也是通过螺栓联接把把工件的底部和承力块固定住，承力块则是通过螺栓联接固定在旋转台上，于是这样就解决了工件的装夹。
实体图：
1.集流环套； 2.测控设备； 3.集流环 ； 4.夹 具；
5.定 轴； 6.夹紧装置； 7.旋转平台； 8.推力轴承；
9.底 座； 10.带 轮； 11.轴承半盖；12.角接触轴承；
21.电 机；
传动路线及装夹方案分析：
传动路线：22—21—20—19—10—7—6即即电动机启动，通过联轴器带动减速器转动，减速器通过带轮和V带带动旋转平台转动，，固定在旋转平台上的发动机随旋转平台一起转动。
夹具方案：用了二处加紧装置，上夹紧装置采用分离的两个夹紧半盖，并利用螺栓螺母联接来固定发动机，夹紧装置和撑杆焊接在一起，撑杆则通过其焊有的底座被螺栓螺母上紧而被固定在旋转平台上。下夹紧装置也是采用分离的两个夹紧半盖通，并利用螺栓螺母联接把把工件的底部和承力块固定住，下夹紧装置和承力块通过销轴和开口销联接，承力块则是通过螺栓联接固定在旋转台上，于是这样就解决了工件的装夹
2.2.3 方案3
1.箱 体； 2.集流环； 3.角接触球轴承； 4.大转动轴；
5.大锥齿轮； 6.套 筒； 7.箱体盖； 8.大轴承盖；
9.拉 杆； 13.旋转架； 19.套 杯； 20.圆锥滚子轴承；
22.小轴承盖； 24.齿轮轴； 29.箱体底盖； 31.连接块
传动路线及装夹方案分析：
传动路线：24—5—4—13即电机通过联轴器带动齿轮轴转动，通过齿轮传动与齿轮轴配合的齿轮通过键联接带动垂直方向的轴转动，再带动旋转台转动。然后是固定在旋转台上的发动机随转台一起转动。
夹紧方案：将夹具直接装在转台上，通过一个90°的调角架来实现的，上面同时安装刻有刻度的分度盘，测量的角度可以直接读出来。
实体图：
五、主要特色及工作进度
主要特色：性能稳定，结构简单，拆装方便，较好的制造工艺，能够承受较大的轴向载荷。
工作进度安排如下：
工作进度：
1.开题报告 第1周～第2周
2.总体方案设计 第3周～第5周
3.零部件的结构设计 第6周～第8周
4.计算与强度校核 第9周～第11周
5.外文资料翻译 第12周～第13周
6.毕业论文整理及答辩准备 第14周～第15周
六、参考文献
[1]孙桓等主编.机械原理.高等教育出版社，2013
[2]濮良贵等主编.机械设计.高等教育出版社，2013
[3]成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社，2015
[4]曹维庆等主编.机构设计.机械工业出版社，2014
[5]刘国良主编.SolidWorks2007完全学习宝典.电子工业出版社,2013
[6]吴宗泽主编.机械设计实用手册. 化学工业出版社，2015
[7]王昆等主编机械设计,机械设计基础课程设计,2015
[8]机械工程手册编辑委员会编.机械工程师手册.机械工业出版社，2015
[9]王先逵主编.机械制造工艺学.清华大学出版社，2015
[10]李越森，叶定友，利凤翔. 横向加速度对飞行发动机绝热层烧蚀影响的实验研究.航空动力学报.2013（2）：279-282
[11]相瑜才等主编.工程材料及机械制造基础.机械工业出版社，2013
[12]刘鸿文主编.材料力学.高等教育出版社，2014
[13]王彬，武晓松，余陵，王栋.固体火箭发动机高速旋转试验台设计.南京理工大学学报.2005,29(5):536-539
[14]国家教委高等教育司编.高等学校毕业设计（论文）指导手册（机械卷）.高等教育出版社，2013 [15]Shigley J E, Uicher J J. Theory of machines and mechanisms. New York:McGraW-Hill Book Company,2015
[16]Bezdek , J.C., Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms, New York, Plenum Press, 2013.
