航天飞机固体火箭助推器试验段的纵向振动特性

本文论述航天飞机固体火箭助推器(SRB)试验段的轴对称纵向振动振型。文章解释了为进行此项动态分析所采用的方法,并规定了有限元模型采用NASTRAN计算机程序的情况,对SRB的短试验段进行了带和不带试验夹具的两种分析,来估算试验段的纵向动力特性,并证明可以利用一台100,000磅(442,822牛顿)力的激振器来试验确定这些振型。SRB试验段的分析结果表明试验夹具对试验结果可能有的影响。同时介绍了在推进剂里面可利用恒定力和恒定加速度振动控制得到振型和响应位移值及应变值。     

碳纤维增强塑料火箭发动机壳体

固体火箭发动机主要由推进剂和推进剂燃烧用的高压容器(即发动机壳体)及喷管组成。现在使用的发功机壳体由铬钼钢等金属制成,这种材料重量大,所以迫切要求减轻重量。本研究以减轻壳体重量为目的,开发了机械性能好的碳纤维增强塑料火箭发动机壳体。考虑了壳体形状、高温、高压等条件,用有限元法进行了应力分析,确定了最佳缠绕层数和缠绕角度。探讨了利用长纤维缠绕法的制造技术,并试制了小型碳纤维增强塑料发动机壳体,装填高能固体推进剂,进行了燃烧试验。燃烧试验证明,试制的碳纤维增强塑料火箭发动机工作良好,发动机壳体的重量比现用金属壳体轻40％,完全可以满足火箭发动机所要求的耐高压、耐高温和燃烧特性。     

阿里安5固体火箭发动机计算机辅助初步设计

本文致力于用固体火箭发动机计算机自动设计程序 PAPAO 进行阿里安5固体火箭友动机初步设计的研究。PAPAO 是在几年前首次研制的军用程序,并于最近得到扩展,使之适合于阿里安5固体火箭发动机壳体的要求和技术。本文中描述的扩展工作主要与壳体段和推进剂药柱的设计有关,并强调了为使计算时间和准确性之间保持合适的平衡在模型中采用的一些假设。这些模型使确定发动机的结构成为可能,它们满足所规定的推力-时间曲线的主要特性,当然也满足发动机的其他要求和约束条件。文中叙述了典型参数研究的结果,以证明 PAPAO 程序的功能。即在最优化过程中,它是一个主要工具,而且还能给设计者提供技术设计工作的原始依据。     

高能固体发动机冲击安全性试验及数值研究

为了对高能固体火箭发动机进行冲击安全性研究,开展了Ф200 mm和Ф480 mm高能发动机火箭撬径向冲击试验,获得了高能发动机在不同撞击速度情况下的推进剂反应特征,确定了发动机冲击反应临界区域。应用实验所确定的固体推进剂爆轰反应速率方程,建立了高能固体发动机撞击靶板的爆炸数值计算模型,确定了不同几何尺寸下发动机装药爆燃的撞击速度阈值范围。结果表明,Ф480 mm高能发动机比Ф200 mm发动机点火延迟时间短,且起爆阈值更低。     

简讯

ATK发射系统公司研制的固体火箭发动机点火试验成功2006年11月16日,NASA在犹他州试验场成功进行了可重复使用固体火箭发动机的点火试验。这次耗时2 min的试验为航天飞机的夜间发射以及准备再次把宇航员送上月球的战神-1火箭的研发提供了重要信息。全尺寸全时段的飞行支撑发动机的静态点火试验在航天飞机固体火箭发动机的制造商——ATK发射系统公司进行。飞行支撑发动机(或FSM-13)燃烧了近123 s,在航天飞机的实际发射过程中,每个可重复使用固体火箭发动机都将燃烧这么长的时间。NASA马歇尔太空中心的可重复使用固体火箭发动机项目办公室负责管理这些试验,以验证火箭发动机所有已提议的设计改变,并负责检测新型材料的性能是否与目前使用的材料一样好。这次发动机点火试验还将为航天飞机项目提供数据,数据将显示夜间发射会对图像清晰度造成怎样的影响。该数据还将帮助确定适合未来航天飞机夜间发射的照相机设置及技巧,以及能够在白天发射中加强图像获取能力的照相机设置及技巧。本次航天飞机固体火箭发动机的点火试验还将支持NASA的探月目标,为战神-1的首级可重复使用固体火箭发动机的研发提供数据。负责战神运载火箭项目的工程师们将分析由发动机...     

舰船运动对固体火箭发动机粘接界面疲劳损伤研究

针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题,以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性;利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱;运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程,并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题,以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性;利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱;运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程,并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.     

未来运载火箭的混合式助推器

美国航天运输系统、西欧阿里安5P 及日本 H-Ⅱ运载火箭在设计上有惊人的相似之处,它们都使用高能低温芯级和两台固体火箭助推器,以便获得较大的起飞推力。挑战者号航天飞机和大力神运载火箭发生事故之前,人们普遍认为固体火箭助推器成本低、简便并且安全。挑战者号和大力神失事揭示出固体助推器存在在一些严重的不安全问题。在此之前,航天飞机的使用经验也表明固体助推器成本根本不象可重复使用系统所要求的那样低。此外,人们还认识到固体助推器会带来严重的环境污染问题。与固体助推器相比,混合火箭推进系统可能具有下列优点:更加安全(TNT 当量接近于零,万一某台发动机点火失败时能够关机,不会脱粘);可选用无毒推进剂;比推力等于或大于固体火箭的比推力。为研究能否用混合式助推器替代固体助推器,进行了系统分析。研制出了一些对混合式推进系统进行参数研究的分析工具(质量模型、性能模型以及弹道模型等)。特别注意了众所周知的混合式助推器的基本问题,即固体燃料装药的几何尺寸设计和燃烧速度问题。尽可能地利用试验数据作为分析模拟的输入数据。1985年首次研究了混合火箭发动机的可能的应用领域。研制出了混合火箭发动机的质量模型和性能模型,模型中考虑到了混合燃烧的特点,即燃烧速度低和工作过程中混合比是不断变化的。经过一些分析工作后,已经证明了用混合式助推器替代固体助推器的前景很好。与固体助推器相比,混合式助推器有很多优点。     

动态燃速辨识及其实验发动机设计

提出了用参数辨识和一台动态燃速实验发动机确定推进剂动态燃速的方法,用该方法对气象探测火箭固体推进剂燃速特性进行了实验测定和计算,该方法有效降低了实验成本和周期,可推广应用于其它类型发动机的研制。     

不同结构尺寸丁羟发动机慢速烤燃特性

慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一.为研究丁羟复合固体推进剂发动机尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点...     

固体火箭发动机粘接界面参数识别与损伤破坏数值模拟

为了研究固体火箭发动机粘接界面的损伤破坏过程,按照QJ2038.1A-2004制作了固体火箭发动机矩形粘接试件,对粘接试件进行了单向拉伸试验,获得了粘接试件的损伤破坏模式。根据粘接试件损伤破坏特点,建立了粘接试件的有限元数值模型,采用基于分步反演与Hooke-Jevees优化算法结合的反演方法,准确地获取了推进剂/衬层/绝热层界面混合模式下双线型内聚力模型的相关参数,将其应用于粘接试件拉伸试验损伤破坏过程的数值模拟中。研究结果表明:粘接试件主要的破坏形式为推进剂/衬层/绝热层界面处的脱粘;提出的反演识别方法能够较好地获取固体火箭发动机的界面相关参数,拉伸速度为2 mm·min^-1时,固体火箭发动机粘接界面的初始模量、最大粘接强度、断裂能分别为0.86 MPa、0.63 MPa、3.13 kJ·m^-2;推进剂/衬层/绝热层界面的损伤导致粘接试件的应力随应变增加的速率减慢,人工脱粘层尖端处界面的起裂,并且沿试件中央扩展,最终贯穿粘接试件是粘接试件主要损伤破坏模式。     

硼在固体推进剂中的应用展望

对硼颗粒的点火和燃烧特性研究进行了简要的叙述, 结合硼颗粒点火和燃烧研究进展及其应用情况, 认为以下四方面将会促进硼在固体推进剂中的应用, 即固体火箭发动机整体级方案选用洁净固体推进剂技术、高性能火箭发动机技术、新材料合成技术的发展促进硼在固体推进剂中的应用以及硼在调节固体推进剂燃烧特性中所起的作用.     

少烟推进剂火箭发动机中的燃烧不稳定性

讨论了最近在韩国国防开发局（ＡＤＤ）固体火箭发动机研制项目中遇到的燃烧不稳定现象。在研制少烟推进剂火箭发动机时，发生了燃烧不稳定现象，即不规则燃烧。通过对试车台点火试验时记录下的加速度计信号和应变传感器信号进行频谱分析以及用分析系统对发动机内腔进行的声摸分析，发现不稳定性为二次切向振型。     

降低星孔装药火箭发动机二次压力峰值方法

分析了固体火箭推进剂的燃烧特性和二次压力峰值对固体火箭发动机性能的影响．在对传统的降低二次压力峰值方法介绍的基础上，提出了采用星孔装药提高固体火箭发动机效率及其降低二次压力峰值的方法。经过试验验证该方法切实可行。     

复合推进剂的平坦区

复合推进剂的平坦区引言在开发目前和下一代固体推进剂火箭发动机技术领域中，人们关心的主要问题是发动机工作稳定性。根据某些固体火箭发动机中非稳定模态的特有次数和与固体推进剂燃烧速度有关的特殊时间，就可以推测平台燃速区的固体推进剂可能稍有导致破坏性不稳定燃...     

航天飞机固体火箭发动机的设计演变

为研制航天飞机用的固体火箭发动机(SRMs)所确定的技术要求,具有三项新颖和独特的特点: ①首次将固体推进系统用于载人的航天飞行; ②大型固体火箭发动机用于航天飞行; ③首次将固体推进系统设计成能够回收和重复使用。已将过去所验证过的技术工艺和制造方法用于这种新颖独特的固体发动机的研制。高度可靠性是头等重要的。本文将概述航天飞机用的SRMs从开始的STS-1飞行设计,到目前正在研制的新一代SRMs的演变过程。新一代SRMs包括由石墨环氧纤维缠绕的壳体。     

AP/HTPB推进剂内孔形状对烤燃特性的影响

为了获得固体火箭发动机的推进剂内孔形状对烤燃特性的影响,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的圆形孔、星孔装药的固体火箭发动机,在基于Arrhenius定律的基础上,分别建立了对应的固体火箭发动机二维、三维非稳态烤燃模型。对上述两种装药结构的固体火箭发动机烤燃过程进行了数值模拟,分析了以上两种内孔形状对推进剂烤燃特性的影响。结果表明：固体推进剂的内孔形状在不同热载荷条件下的烤燃响应特性不同。快速烤燃条件下,内孔形状对固体火箭发动机的烤燃响应特征参数影响较小;在慢速烤燃条件下,推进剂内孔形状对推进剂着火延迟时间影响有限,对着火温度和着火位置则有显著影响。采用圆形孔装药时发生烤燃响应的着火温度较高,而采用星形孔装药时则较低;圆形孔装药时着火位置在推进剂头部内孔壁面附近,且随升温速率增大着火位置逐渐向端面移动,而星形孔装药时着火位置则位于推进剂中部的内孔壁面附近,且随升温速率的增大着火位置会出现跳跃性变化。     

航天飞机的两个固体火箭发动机的推力不平衡

作者在以前的文章中曾提出了对航天飞机发射时并行点火的大型固体火箭发动机对的推力不平衡进行理论分析的Monte Carlo法。本文对这种分析法的有效性作了进一步论证,给出了航天飞机计划的试验结果,并与Monte Carlo分析法的结果进行了比较。文中分三个阶段对试验结果进行了检验:(1)从四个用于静态试验的研制发动机(DM1到4)中挑选固体火箭发动机对;(2)从三个鉴定发动机(QM1到3)中挑选出的发动机对;(3)首次飞行试验结果。讨论了飞行试验测量设备引起的推力不平衡评估中可能产生的不准确性。理论和试验值大体符合,为未来的航天飞机固体火箭发动机对进行推力不平衡分析的Monte Conlo预测法由此得到印证。     

固体推进剂管道火箭

本发明介绍一种固体推进剂管道火箭。固体推进剂管道火箭是一种混合推进系统,它由固体火箭发动机和进气管道组成。火箭发动机内装有贫氧固体推进剂,推进剂燃烧时,向补燃室喷入富油燃气。这种燃气同通过管道、扩压器进入补燃室的空气混合并燃烧。最后燃气通过尾喷管加速,产生飞行器的推力。     

含硼贫氧推进剂固体火箭冲压发动机性能

含硼贫氧推进剂固体火箭冲压发动机的性能预示是在热力计算基础上进行的,其热力计算就是贫氧推进剂在给定一、二次燃烧条件下的热力计算。本文简要介绍了贫氧推进剂非化学平衡体系热力计算的原理,分别对壅塞式和非壅塞式固体火箭冲压发动机进行了不同情况的热力计算。结果说明:用能量高的含硼推进剂,固体火箭冲压发动机的比冲显著提高。燃气流量不可调的壅塞式固体火箭冲压发动机的性能随工作高度和飞行马赫数的变化会有较大的变化,非壅塞式固体火箭冲压发动机的变化较小。     

导弹发动机推力曲线上浮现象分析与验证

在对某固体火箭发动机研究和使用过程中,发现其贮存一段时间后点火,推力曲线有明显上浮.针对这种现象,采用故障树分析法,对造成推力曲线上浮的各种因素进行了理论分析与试验验证,排除了药柱低温工作结构完整性等可能因素,确定推进剂燃速上浮,是造成发动机贮存一段时期后试验推力曲线上浮的主要原因,研究结论为本型发动机的寿命预估和可靠性工作提供依据.