摇摆载荷下发动机翼柱型装药结构完整性分析

以发动机翼柱型装药为研究对象,分析了发动机装药在摇摆载荷作用下所受的横摇和纵摇力矩,并利用有限元分析法计算了巡航期内发动机装药在摇摆载荷作用下的应力和应变变化情况,通过不同路经下的应力应变分析得出最大应力点以及危险部位,应用药柱破坏判据对发动机装药可靠性进行了判断,得出:在巡航期内摇摆载荷作用下发动机装药结构不会发生破坏。     

海洋温度条件下的固体推进剂应力应变分析

建立以固体发动机壳体、药柱及绝热层等为主要部件的计算模型,基于三维热粘弹性积分型本构关系,考虑不同海域贮存条件的交变温度载荷情况,利用有限元方法计算了固体发动机药柱在海洋交变温度载荷下的力学响应,给出了药柱内应力应变场的分布规律及危险部位。结果表明,在未有效热保护的贮存状态下的药柱,长期的交变温度产生的交变应力载荷,使药柱微观结构受到不同程度的疲劳损伤,势必影响其结构完整性。     

固体发动机在温度载荷下的结构分析

为研究温度载荷对固体发动机的影响,进行了发动机在低温和温度周变载荷下的热-应力耦合仿真分析,得出在两种载荷下发动机的温度分布和应力应变响应。在低温载荷下,壳体和绝热层的交界面处热应力最大,是发动机的热应力危险部位;药柱內孔的应变最大,是产生裂纹的危险部位。在温度周变载荷下,最大应力出现在距离药柱內孔0.346m处,是发动机的脱粘危险界面。     

基于实测舰载环境温度的固体发动机药柱累积损伤分析

为研究舰载环境温度对固体发动机药柱的影响,对某舰载导弹上、下层发射贮运箱内环境温度进行了监测,应用三维热黏弹性有限元分析方法,计算了固体发动机药柱在实测温度载荷下的温度场和应力场。应用线性累积损伤模型,计算了舰载环境温度载荷作用下药柱的累积损伤。结果表明,药柱星尖处应力最大,所造成的累积损伤最大;上、下层贮运箱内发动机药柱由热应力造成的累积损伤相差不大。     

模数对药柱热应力的影响

为获得药柱模数对发动机结构完整性的影响,针对某一典型火箭发动机常用的圆孔药柱和星孔药柱,建立温度冲击下的计算模型,基于推进剂材料的粘弹性本构关系,结合热流变简单材料的特性,对不同模数的圆孔药柱和星孔药柱受温度载荷的情况进行了数值计算,得到温度冲击载荷作用下药柱的实时温度场及应力、应变特性,分析了不同时刻药柱内不同位置处应力、应变特性,应力、应变随时间的变化规律及最大应力、应变随模数的变化关系.分析结果表明圆孔药柱和星孔药柱内的最大应力值都随模数呈指数形式增长,危险点分别在药柱内壁处和星尖圆弧过渡处,药柱内的应力变化速度均大于应变变化速度.     

随机载荷下固体发动机药柱粘弹动力响应

固体火箭发动机药柱在长期贮存过程中,由于随机载荷的作用会引起其力学性能的变化,直接危及发动机工作的可靠性.基于固体推进剂药柱的粘弹行为分析,利用有限元分析软件对随机温度载荷下发动机药柱的粘弹动力响应进行了数值模拟,得到了一年当中发动机内部各计算节点等效应力和等效应变的变化规律.     

基于加速老化和实测载荷的立式贮存固体发动机药柱寿命评估

为预估立式贮存固体发动机药柱贮存寿命,综合考虑加速老化和实测载荷的影响,开展推进剂高温加速老化试验,得到推进剂延伸率的变化规律。分别对贮存老化后的发动机在固化降温/静态立式贮存/点火发射和固化降温/动态立式贮存两种载荷历程进行有限元分析,获取药柱危险点von Mises 应变规律,并计算药柱在振动条件下的疲劳损伤。以延伸率和应变随时间的变化规律为依据,预估了发动机寿命。结果表明：推进剂延伸率随时间逐渐减小;药柱在重力载荷的长时间作用下会产生蠕变效应;药柱内部各点在实测振动载荷作用下产生周期性的应力,动态立式贮存半年的损伤值为0.017 12;发动机贮存老化时间与立式贮存次数呈现负指数关系,其可允许的动态立式贮存次数为15次;考虑立式贮存时,总寿命介于8.24~11.75年;忽略立式贮存时,总寿命为17.81年。     

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%.     

舰载导弹发动机药柱蠕变损伤研究

针对舰载立式贮存导弹固体发动机药柱蠕变的问题,通过对推进剂试件进行不同应力水平下蠕变试验,拟合蠕变时间硬化率方程,利用ABAQUS有限元软件对舰载立式贮存导弹固体发动机药柱进行分析.研究结果表明:舰载立式贮存的导弹发动机药柱在振动作用下应力载荷也呈周期性变化,重力和振动载荷引起发动机药柱内表面变形,中部变形最大,尾部次之,头部较小,蠕变占药柱总变形的60%以上,蠕变效应不可忽视.蠕变仿真得到的药柱变形方式,可为发动机寿命预估提供依据.     

火箭发动机单室双推力多孔装药设计方法

为有效提高火箭弹炮口速度,减小发动机后喷燃气对发射装置的作用力,提出了单室双推力多孔装药结构,给出了装药药柱燃烧面积及通气面积计算方法,利用某火箭发动机的装药参数,计算了多孔装药内弹道特性参数.设计及计算结果表明,多孔装药结构易实现单室双推力的要求,能够提高装药药柱的刚强度特性.     

自由装填药柱点火冲击载荷数值仿真研究

采用数值仿真技术针对自由装填固体火箭发动机装药在点火燃气冲击作用下的药柱载荷特性进行了分析研究。研究结果表明,点火压强越大、点火具喷口直径越大、点火具出口端面与药柱端面距离越大,点火初期冲击载荷作用越剧烈。这一研究结果为装药结构完整性分析研究和该类发动机点火具设计提供依据。     

大跨度抛索火箭发动机总体设计与计算

针对抛索火箭质量小、射程近的特点,重点对发动机的装药、喷管进行了设计,提出单根药柱和三根药柱两种装药参数设计方案。针对不同方案,采用四阶龙格．库塔法对发动机的内弹道进行了计算,通过冲量对比,选用装填三根药柱的设计方案。通过试验,对发动机的膛压、推力进行了测试。结果表明,数值计算结果与试验数据较为一致,发动机设计方案满足抛索火箭的技术指标要求。     

火灾条件下引信传爆序列的热响应数值计算

为研究火灾条件下引信传爆序列的热响应规律,基于引信装药结构,对聚奥-9C装药的引信进行合理简化并建立有限元模型。采用有限元分析软件Fluent,对引信传爆序列在炉火烧和池火烧试验的两种火灾条件下发生热爆炸的点火时间、点火温度以及点火位置进行计算,并分析热安全性。结果表明:两种火灾条件下引信传爆序列的点火时间接近,点火位置在传爆药柱的边角处;热点火起爆时,导爆药柱的温度未达到自反应放热温度,是由于传爆药柱边角发生热化学反应而引起引信爆炸;传爆药柱装药边角处是热点产生的危险区域,易发生热积累而导致爆炸,在储存与运输过程中需对引信进行隔热防护。     

某发动机装药结构完整性分析

基于三维粘弹性有限元模型,应用MSC/NASTRAN软件对某发动机分别在固化降温、燃气内压载荷条件下的装药结构完整性进行分析,并对该发动机在固化降温、燃气内压两种载荷联合作用下的装药结构完整性进行评估。结果表明,该发动机的装药结构完整性满足要求。     

含能材料在冲击载荷下动态响应的有限元分析及热点形成…

围绕炸药装药的热点／起爆机制，在Ｐｅｒｚｙｎａ弹粘塑性本构模型的基础上，作了适当的补充和修正，在流动参数γ中计入温度和压力的影响，并考虑到固体炸药的热软化效应，将弹性模量也视为温度的函数，对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。动态有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。本文所采用的本构模型和计算方法对于含能材料在冲击载荷下动态响应的有限元分析以及炸药装药中热点形成机     

装药缺陷对固体火箭发动机内弹道性能的影响

采用仿真计算分析方法研究了管状推进剂装药缺陷的宽度、深度以及包覆层脱粘等因素对固体火箭发动机内弹道性能的影响规律。结果表明,随着固体推进剂装药裂纹深度与宽度比的增加,燃烧室内压强和裂纹出口气流速度也增加。管状药柱包覆层前端轴向脱粘可使燃面-肉厚曲线的斜率增加,装药的压强指数增大,最终可能造成燃烧室压力过高而解体爆炸。     

温度载荷下材料参数对药柱结构完整性的影响

利用有限元方法,分析了在温度载荷下,模量、泊松比、热膨胀系数等材料参数对固体火箭发动机药柱结构完整性的影响,对比了固化降温时药柱的应变随材料参数的变化趋势,并从中找出了一些有益的规律。     

基于Python编程的星管组合装药结构完整性分析

为提高有限元软件ABAQUS分析星管组合药柱结构完整性的效率,本文利用Python脚本语言编程,对发动机药柱的几何模型进行了参数化的建立,分析了药柱的几何尺寸对其结构完整性的影响规律,并结合发动机的装填系数、内弹道性能等因素,对装药设计提出了一些建议。本文所设计的参数化建模方法可大大减少ABAQUS研究装药结构完整性的重复性建模工作,提高分析问题的效率。     

基于Pro/E的含金属丝双推力药柱燃面计算方法

对于含有金属丝的双推力药柱,采用传统燃面计算方法不但工作量大,而且难于求解。利用Pro／E三维实体造型软件可以快速构造固体发动机装药．模拟药柱燃面推移过程。得到药柱燃烧的实时几何体,从而计算出不同时刻下药柱的几何参数和质量参数,为发动机内弹道性能精确预示提供可靠的原始数据。     

单室双推力发动机装药的瞬态结构完整性分析

针对单室双推力发动机装药在低温点火工况下结构完整性,为了求解损伤的热粘弹性有限元模型,采用增量有限元方法,获取了装药内部的应力应变场.研究表明,在固化降温时,人工脱粘层对装药头部与尾部起到应力释放的作用,避免了装药与绝热层界面的破坏;同时,装药内部Mises应力值较大的部位是过渡段翼尖处与圆柱段表面.在点火时刻,装药环向应变的值较大部位是圆柱段表面.最后,采用文中方法,可应用于指导发动机装药设计与安全评估.