固体火箭发动机燃烧室壳体纤维缠绕模具设计

介绍一种固体火箭发动机燃烧室壳体纤维缠绕芯模的设计.这项工作的目的在于提供一种可重复使用的纤维缠绕芯模.它采用的方法是钢模分瓣法.这种芯模的关键技术是芯模的组装和脱模.这项工作的意义在于提高纤维缠绕固体火箭发动机燃烧室壳体的比强度,节约生产成本,提高工作效率.     

纤维缠绕固体火箭发动机壳体的应力及强度分析

纤维增强复合材料在许多领域得到广泛应用,固体火箭发动机壳体就是一例。因此,分析其不同内压下的应力及预报爆破压力是十分重要的。复合材料结构承载过程的应力分析,需进行单元失效判断,许引入失效单元的刚度衰退,这种方法是最合理的。本文采用该方法并结合大变形有限元分析理论,计算了某一纤维缠绕固体火箭发动机壳体的应力和爆破压力,数值计算结果与实测数据吻合,证明该方法可用于纤维缠绕复合材料结构的应力及强度分析,值得重视。     

固体火箭发动机复合材料壳体承载力分析

为了提高固体火箭发动机(SRM)的外载荷承载能力,研究了其复合材料壳体的失效机制,提出了复合材料壳体的增强改进结构形式。通过提高复合材料外缠绕层的轴向刚度和横向弯曲刚度,使得连接区域内的内、外缠绕层的轴向变形相协调,改善了内、外缠绕层的轴向承载分配,使增强改进后的复合材料壳体结构的承载能力提高了124%,而结构质量增加低于10%。研究结果表明: SRM复合材料壳体承载能力的关键因素是连接区域内复合材料内、外缠绕层的刚度匹配设计,只有保证连接区域内的刚度匹配和位移变形相协调,才能充分发挥复合材料壳体的承载能力。     

固体火箭发动机壳体低压力开裂原因分析

通过化学成分分析、力学性能试验、断口宏微观分析等方法,对某固体火箭发动机壳体水压试验低压力开裂的原因进行了分析。结果表明:该发动机壳体开裂的性质为低应力下的韧性断裂,开裂的主要原因是发动机壳体外表面局部区域存在微裂纹缺陷。     

氢氧火箭发动机试验低温流量校准系统设计

为了保证氢氧火箭发动机低温流量测量的准确性,需要研制低温流量校准系统。从对低温流量校准特点的分析入手,对比动态替代称重法的不同原理,优选适用于低温对象的低温流量校准系统方案,并对称重系统、储液容器、液路系统、气路系统和测控系统进行设计。研制的低温流量校准系统提供了低温真实介质校验能力,校准流量覆盖1—50 kg/s,校准流量计口径Ф30—80 mm,设计流量校准不确定度优于0.5%(k=2)。     

轻型固体火箭发动机试车台校准技术研究

通过对火箭发动机试车台工作原理及性能的研究,对试车台轴向推力、推力偏心、发动机外壁壁温等参数模块化校准。本文主要介绍轴向推力校准模块、推力偏心校准模块、发动机外壁壁温校准模块,实现试车台多参数的原位校准。     

固体火箭发动机壳体及裙部的应力分析

考虑到纤维缠绕壳及裙部结构特点，对筒体采用有矩理论的分析方法，对封头部分，引用Ｅ．Ｍｅｉｓｓｎｅｒ变量为基本未知量，导得分析总是的两个基本控制方程，采用样条配点法求解。将两部分的解联立起来，可提供符合结构实际情况的计算结果。     

火箭发动机壳体开裂原因

某火箭发动机壳体在进行静力试验时发生开裂,通过化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口分析等方法,对壳体的开裂原因进行了分析.结果表明,成分偏析导致壳体在旋压过程中产生微观缺陷;在水压试验过程中,水中的活性离子会加速裂纹的扩展,导致壳体在静力试验时发生氢脆和应力腐蚀开裂.     

基于爆破试验的CFRP固体火箭发动机壳体的可靠性设计

根据GJB 1878-94制备了8个碳纤维缠绕复合材料压力容器，通过试验获得壳体的纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压强等随机变量特征值，利用这些实验数据对固体火箭发动机壳体进行可靠性设计，并与传统的安全系数法设计进行比较。结果表明，使用可靠性安全系数法设计可以实现安全性和经济性的统一。分析了材料的力学性能参数及壳体的几何参数等随机变量的变异系数对CFRP固体火箭发动机壳体爆破压强分散程度的影响。纤维应力、壳体纤维层厚度和壳体半径的变异系数的大小直接影响了爆破压强的分散程度；而纤维缠绕角除其变异系数的大小直接影响爆破压强的分散程度外，其参数均值也对爆破压强的分散程度有影响。     

纤维缠绕过程中的张力分析

在纤维、造纸、塑料及金属镀膜工业中,对线状、带状及面状弹性材料卷取张力的控制是关系到产品质量的关键技术。以开卷辊为研究对象,分析了纤维缠绕过程中张力变化规律及影响因素,并给出了计算张力控制力矩的程序框图。经过实际缠绕证明,所推导的公式是正确合理的,保证了纱线张力的波动率小于5 %。     

纤维缠绕壳体变形分析及失效评估

本文分析计算了基体开裂及大变形对纤维缠绕壳体变形的影响,得到了比较满意的理论分析结果。在变形分析的同时,对纤维缠绕壳体进行了失效评估分析,获得了切实可行的失效评估计算分析方法,为制定合理的水压检验规范提供了理论依据。     

纤维缠绕复合材料壳体刚度衰减模型数值模拟

应用微分几何理论,推导出纤维缠绕复合材料壳体的非测地线缠绕轨迹、包角方程及绕丝头运动方程,得到缠绕过程的动态仿真模拟数据。将封头处变化的缠绕角、厚度等实际工艺参数直接用于壳体结构的理论分析。采用叠层的增量本构关系,模拟层合板壳结构的损伤过程,建立了损伤后刚度衰减模型及刚度退化准则,并通过实验确定了刚度衰减系数。应用此模型对纤维缠绕复合材料压力容器进行了数值分析。结果表明:纤维缠绕复合材料压力容器封头处损伤会导致其弯曲刚度降低,这是影响轴向变形的重要因素。      

纤维缠绕复合材料壳体原位成型工艺研究

热固型缠绕复合材料壳体以其优异的性能在航空、军事和工业等领域得到了广泛应用.目前,制约其应用和发展的主要瓶颈是壳体的成本和性能,而壳体成型工艺直接决定了其最终性能和成本.由于缠绕壳体为中空结构,因此可以采用加热壳体内部金属芯模或内衬的方法实现缠绕后的或正在缠绕的复合材料的固化成型,即原位成型.本文介绍复合材料壳体原位成型新工艺,建立筒型壳体内加热固化过程的数学模型,利用有限元法对筒体固化过程中的温度和固化度进行了数值模拟分析.该研究为实现壳体高效、优质且低成本成型提供新思路,为原位成型工艺设计、模拟和参数优化提供分析模型和方法.     

复合材料纤维张力缠绕预应力场动态特性

复合材料纤维张力缠绕技术通过提高纤维的张力水平可充分发挥纤维高强、高模优势,在成型过程中对结构进行预紧,成为解决高速转动部件径向变形大、界面强度低等问题新的有效途径。将每一层纤维的张力缠绕等效为一个含预应力复合材料薄环的叠加,基于正交各向异性复合材料缠绕层和各向同性金属芯模弹性变形理论,建立了纤维张力缠绕力学解析模型,得到芯模和缠绕层预应力场随缠绕层数及缠绕张力的变化规律,并通过复合材料纤维张力工艺试验验证了力学解析模型的正确性。研究发现了纤维张力缠绕中预应力“饱和”现象,并确定了影响张力缠绕预应力场的两个主要参数:缠绕层环径向刚度比E_θ/E_r和张力大小T（r）,为复合材料纤维张力缠绕成型工艺提供理论支撑。      

固体火箭发动机喷管型面的研究进展

固体火箭发动机喷管型面设计直接关系到喷管效率和推力大小,是喷管设计中的重要研究课题。本文从喷管型面设计方法、型面参数优化和喷管流固热耦合分析等方面综述了国内外对固体火箭发动机喷管型面的研究进展。总结出了直接优化方法、特型喷管的设计方法、六次Bézier曲线、双三次样条曲线构造扩张段型线和B-Spline曲线和特征线方法等喷管型面的设计方法,并介绍了计算流体动力学(CFD)和随机优化方法在固体火箭发动机(SRM)设计优化中的运用。分析了固体火箭发动机喷管涉及到的流固热耦合问题,并结合文献介绍了经典CFD算法、CBS有限元算法和格子波尔兹曼在研究流固热耦合问题上的运用。     

固体火箭发动机粘弹动力学研究

用有限元法通过复特征值分析,建立了固体火箭发动机振动特性分析的复特征值法和直接频率法两种计算模型。用其计算固体火箭发动机弯曲振动的固有频率、振型及阻尼、并进行试验验证,得到了较满意的结果。     

固体火箭发动机旋转试验速度测试仪

本文根据固体火箭发动机旋转试验速度测量特声点,在分析国内外测速仪现状后,研制出新型的多功能测速仪。输入可以配接感应式和光电式测速传感器,输入电压信号有两种形式,方波信号和正弦波信号。输出三路电压信号,其中第一路接光线示波器记录,第二路接计算机数据采集记录,第三路输出由该机数字记录表显示测量结果。该仪器中设计有标准信号源,用于校验本机及检验速度记录系统性能,数字记录表示仪可以记录测速,还可以当作高精度频率计使用,测量100kHz以下的频率信号,该仪器运用于火箭发动机旋转试验速度测量及其它机械旋转速度的测量。是一种多功能式测速仪。 本文介绍了该测速仪的设计原理,工作原理,应用及分析,技术指标,为正确地选用测速仪提供了参考依据。     

纤维缠绕壳体材料非线性及大变形分析计算

论述了Jones-N elson-Morgan 模型的构成原理及其参数的确定方法, 利用这个模型研究了纤维缠绕复合材料的非线性本构关系。推导和建立了纤维缠绕壳体大变形有限元公式和有限元模型。在同时考虑材料非线性和大变形情况下对纤维缠绕壳体内压进行了有限元分析计算, 获得了与实验结果符合较好的理论预报结果。      

固体火箭发动机声能共振规律试验研究

从固体火箭发动机声不稳定燃烧的声学特性出发,以声学激励作为扰动并提供能量,从声学响应角度评估发动机的稳定性,建立了探究固体火箭发动机声能共振规律的试验方法并搭建了试验系统,对于不同发动机结构开展了试验,结果表明试验系统可以表征声不稳定燃烧的声学特性;不同前封头结构声腔的各阶振荡频率基本相同,对于第一阶压力振荡,带有凹腔...     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析。研究结果表明:衬层-推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层–推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低。试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期。 