固体火箭发动机密封结构设计参数分析

采用橡胶材料的Neo-Hookean本构关系和非线性有限元法，建立某型固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型．计算出橡胶O形圈在安装和工作状态下的变形和应力。据此对影响密封性能的各因素进行分析，讨论了初始压缩率、密封槽结构参数以及法兰位移等典型参数对橡胶O形圈密封性能的影响。文中的方法和结果对固体火箭发动机密封结构的设计具有一定的指导意义。     

PET基高能固体推进剂3D打印配方设计与制备

以四氢呋喃共聚醚(PET)基高能固体推进剂为研究对象,设计了以定型助剂改性的PET/硝酸酯(NG/BTTN)为黏合剂体系,高氯酸铵(AP)为固体填料,多官能团脂肪族异氰酸酯(N-100)为固化剂的3D打印推进剂配方。对定型助剂MS在25℃条件下的定型效果、与各组分的相容性以及25,35,45,55℃温度下的流变特性开展了研究,通过仿真模拟确定了温度、喷头直径、压力等3D打印工艺参数的合理范围。结果表明MS与推进剂中与PET/NG/BTTN、AP的相容性较好,并在一定程度上提升了推进剂的安全性能,药浆具有温敏特性,可在25℃达到良好的定型效果,在温度50℃、喷头直径1.2 mm、压力11 kPa的打印参数下,实际打印速率为8 mm·s^-1,首次实现了PET基高能固体推进剂3D打印成型。     

一种改性HTPB固体推进剂的流变特性及其3D打印成型

快速发展的增材制造技术为固体推进剂传统浇注成型的柔性化、适应性差等问的解决题提供了有效途径。传统热固性固体推进剂的流平性好，无法逐层沉积成型。因而，为实现热固性固体推进剂的3D打印成型，本研究对其液相组分进行了改性，通过添加少量定型助剂共混改性端羟基聚丁二烯（HTPB），制备得到改性HTPB固体推进剂，并对其的流变特性进行了研究。结果表明，共混改性使黏合剂黏度、表观黏流活化能升高；改性HTPB固体推进剂流变特性符合Herschel-Bulkley方程，且流动性随温度升高而提高；同时，改性HTPB固体推进剂在室温下具有较高储能模量（＞10⁴ Pa）以及较小的损耗角正切（ω＜10 rad·s^-1，G″/G′＜0.5），整体不呈现流动性，且少量定型助剂对推进剂的热分解行为没有产生显著影响，实现了改性HTPB固体推进剂的3D打印成型。     

工装约束下火箭舱段壳体的结构振动特性研究

将地面试验中卡环工装对舱段壳的影响转化为弹性边界条件下圆柱壳耦合结构的振动问题,通过卡环工装与圆柱壳接触建模计算得到工装作用于舱段壳的法向约束刚度,并采用增补函数的方法构建了工装约束边界条件下圆柱壳耦合结构的振动理论分析模型。结果表明：本研究模型能够反映卡环工装对于舱段壳振动特性的影响,理论计算结果与试验测试结果的变化趋势基本一致;在卡环工装的约束下,舱段壳的低频振动受到显著抑制,工装的约束刚度及其在舱段壳上的夹持位置对于舱段壳振动特性具有较大影响。     

HTPB推进剂装药发动机立式贮存结构响应分析

为了获得固体发动机在立式贮存条件下药柱的结构响应特性,针对HTPB复合固体推进剂开展了不同应力水平下的蠕变试验,并拟合了蠕变本构模型。采用建立的推进剂蠕变本构模型对某发动机开展了立式贮存条件下的结构响应分析,获得了贮存过程中发动机药柱应力应变变化规律。针对该发动机设计开展了为期2周的立式贮存试验,测试获得了贮存过程中药柱前后端面的下沉位移变化,并与仿真结果进行了对比。结果表明,建立的推进剂蠕变本构模型可以较好地模拟药柱立贮过程中的蠕变响应,贮存过程中前人工脱黏层根部位置处为药柱的结构薄弱位置,立式贮存1年后其药柱底部端面轴向下沉位移约为1.38 mm。     

丁羟三组元推进剂的增材制造及性能研究

针对传统浇注成型与直写式3D打印对固体推进剂药浆工艺性能要求相冲突的问题,为实现小型药柱的3D打印,采用添加少量定型助剂(YJ)的方法对丁羟三组元推进剂配方进行改性,对改性前后推进剂的工艺性能、力学性能、燃烧性能和能量性能进行对比分析,并探究了YJ对推进剂性能的影响。结果表明,改性后的推进剂药浆具备可控挤出和室温堆积的流变特性;YJ的加入使得推进剂在20、70℃下的最大抗拉强度分别降低0.1和0.15MPa,断裂伸长率分别增加了12.7%和9.9%,表明YJ对其力学性能影响显著;此外,实验及理论计算表明,YJ对推进剂的燃烧性能和能量性能影响甚微,燃速最大降低0.24mm/s,能量变化幅度均在1%以内;表明定型助剂(YJ)的加入不仅使药浆满足3D打印要求,而且对原始推进剂的整体性能没有显著负面影响。     

固体火箭发动机复合材料壳体裙连接部位参数研究

应用人工神经网络算法对固体火箭发动机复合材料壳体裙连接区结构的5个参数进行了研究.文中以发动机壳体在400t轴压载荷下裙外缠绕层最大纤维主应变作为目标函数.基于计算机数值仿真技术的实验设计(DOE)对5个参数进行了优化设计.利用另一组27个测试样本集对网络的有效性进行了校核.最后,获得了目标函数随设计变量的曲线关系,并对参数进行了灵敏度分析.     

基于AP预处理技术的粉末推进剂性能

为了提高高氯酸铵(AP)粉末推进剂的长期贮存性和高效燃烧性,利用预处理技术对AP粉末进行包覆团聚,改善其表面特性。采用吉布斯最小自由能法计算Al/AP粉末火箭发动机的能量特性,利用预处理实验分析端羟基聚丁二烯(HTPB)对AP粉末的装填密度、吸湿性能和热分解特性的影响,并进行密闭燃烧器点火实验,研究氧燃比和装填量对Al/AP粉末推进剂能量特性参数的影响规律。结果表明:AP的最佳预处理材料配比为添加10%HTPB,且在氧燃比为3∶1时,Al/AP粉末火箭发动机的理论比冲最高达262.1s;一定范围内,随着氧燃比的增加,粉末推进剂的能量特性参数均有所增加;在氧燃比相同条件下,单位质量粉末推进剂成气量基本相同,随着粉末装填量的增加,燃温和特征速度均有所提高。     

导弹发射冲击试验条件制定研究

为了解决在导弹总体设计中由于实测冲击数据不足导致全弹关键设备的冲击试验条件无法制定的问题，本文根据冲击响应谱的模型，结合发动机地面试车数据，利用弹簧-振子模型进行等效冲击谱的计算，并与实际遥测数据换算的冲击响应谱进行对比，利用全弹结构动力学响应分析结果，验证了本文算法的有效性，最终实现利用地面发动机的试车数据进行关键设备冲击载荷环境条件的制定。该方法可为方案阶段关键设备的冲击试验条件制定提供理论依据。     

偏二甲肼悬浊液电流变特性的实验研究

采用混合绝缘油的方法改善了偏二甲肼(UDMH)弱绝缘特性,实现了UDMH悬浊液的电流变效应。利用电流变测试装置对UDMH悬浊液进行实验研究,分析不同电场强度和藻酸介质含量对UDMH悬浊液电流变特性的影响。结果表明,悬浊液在无电场和有电场下的质量流率均随介质质量分数增加而减少,但变化趋势不同;随介质质量分数增加,无电场时质量流率不断减少,而有电场时质量流率趋于定值,此值受电场强度和介质质量分数相互作用影响;5%UDMH含量的悬浊液,在藻酸介质含量30%、电场强度2kV·mm~(-1)时的电流变效应最佳;偏二甲肼含量对UDMH悬浊液绝缘性有很大影响,其含量小于15%的悬浊液都可实现电流变效应。