发动机壳体－喷管整体缠绕成型工艺探索研究

发动机壳体－喷管整体缠绕成型工艺探索研究曾金芳，张启芳，马林城（陕西非金属材料工艺研究所西安７１００２５）实现壳体一喷管整体缠绕是提高发动机质量比的一条重要途径。因为整体缠绕发动机壳体将壳体后接头与喷管收敛段并为一体，所以可以取消后接头，其他金属件的...     

SRM 纤维缠绕壳体的蒙特卡罗随机有限元分析

采用蒙特卡罗随机有限元方法，结合复合材料壳体力学、纤维缠绕理论等知识，分析了固体火箭发动机纤维缠绕壳体在燃气内压随机变化作用下的应力响应，绘出应力分布曲线，为固体火箭发动机结构可靠性评估奠定基础。     

固体火箭发动机玻璃钢壳体设计及试验结果分析

本文针对纤维缠绕玻璃钢材料和成型工艺特点,从材料基本性能数据出发,确定固体火箭发动机玻璃钢壳体设计的工程计算方法,比较简明的计算代替复合材料壳体复杂的理论计算;同时,结合产品使用中的有关试验结果,分析了所设计的玻璃钢壳体发动机的强度可靠性问题。     

纤维缠绕的曲面架空分析及其应用

针对诸如壳体－喷嘴一体化的固体火箭发动机过渡段、环壳燃料箱等复杂型面的缠绕，应用曲面理论和力学分析方法，研究了纤维缠绕的成型压力与曲面几何的关系，进而确定了一般曲面、负荷斯曲面、环壳以及过渡段缠绕过程的纤维架空条件与判据，为复杂型面的缠绕成形奠定基础。     

美国复合材料纤维缠绕结构力学性能试验方法的标准化

纤维缠绕工艺经过40年的发展,已成为一门世界规模的大型工业,全世界今天共有350多个厂家,1000多台缠绕设备。纤维缠绕结构得到广泛应用,尤其在固体火箭发动机等航天产品方面的应用更引人注目。但是,迄今还没有一个可比较各厂家产品性能的标准试验方法。 美国的主要厂家之一Brunswick公司,根据美空军火箭推进实验室的合同要求,曾为复合材料发动机壳体技术改进计划,研制了一种标准试验评价容器(STEB)。该容器被火箭     

原苏联芳纶复合材料研究进展及其在固体发动机壳体上的应用

对原苏联在固体发动机壳体上广泛应用的芳纶复合材料的纤维及配套的基体材料的化学结构和物理－力学性能作了介绍，并与欧美相似材料在性能上作了比较，扼要地概述了该国在壳体湿法缠绕中合理控制含胶量的措施及超声浓缩器的应用，以及在磁场中进行缠绕固化等独特的工艺。这些技术在我国尚少，但值得注意。     

混杂纤维复合材料壳体承外载试验

为了解决固体发动机承外载荷能力和质量系数的矛盾，用F12纤维、S-2玻璃纤维及二者的混杂纤维缠绕成三种壳体试件，对壳体试件分别进行了扭矩试验和轴压试验。通过试验获得了三种壳体试件的扭矩和轴压破坏形貌和破坏载荷，并测得了相应质量。结果表明，混杂纤维缠绕壳体能有效地使发动机承外载荷能力和质量系数得到协调。     

固体火箭发动机复合材料壳体树脂基体材料前景

本文简要概述了目前国外高性能树脂基体材料的发展现状,通过介绍航天航空领域中目前最有发展前途的新型热塑性树脂基体性能特点、工艺方法及其开发应用,以及新型改性热固性树脂及其用于纤维缠绕工艺的研究,对热塑性树脂用作纤维缠绕复合材料发动机壳体基体材料的可行性进行了初步探讨。     

离轨帆弹性桅杆力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS分析弹性桅杆几何参数对其力学性能的影响,为离轨帆弹性桅杆设计提供一定的理论依据。结果表明:增加壳体厚度、保持弧长不变,减小曲率半径以及增大壳体截面圆心角都能有效提高离轨帆自动展开能力及弹性桅杆支撑刚度;弹性桅杆的弯曲内部应力只与材料属性、曲率半径、缠绕半径以及壳体厚度有关;曲率半径减小、壳体厚度增加都会增大弹性桅杆的弯曲内部应力,有可能会导致弹性桅杆在缠绕时发生塑性变形。因此,在对弹性桅杆设计时,需综合考虑弹性桅杆几何参数对其展开能力以及缠绕性能的影响。     

使用成熟技术强调可靠性从F110-GE-100到F110-GE-132

GE公司于上世纪80年代后期成功研制了F110-GE-100发动机后,到2000年,该公司根据F110的低风险产品改型计划,研制了F110-GE-132发动机。-132采用了在发动机使用中验证的成熟技术,如宽弦整体叶盘风扇、径向加力燃烧室、轻纤维缠绕的复合材料机匣和控制系统等,因此,其性能大大提高     

超高强度钢固体火箭发动机壳体的断裂研究

本文简述了37SiMn CrMiMoV超高强度钢固体火箭发动机壳体研制过程中,开展断裂研究的情况。介绍了环绕着壳体低应力爆破的解决。     

柔性接头结构应力经验公式适用性

设计了接头球半径为8cm的柔性接头及其增强件环向应力电测系统,测试了不同燃烧室压强和摆角条件下增强件的环向应力,并与现有经验公式、有限元分析结果进行了对比,基于有限元分析研究了接头球半径变化对增强件环向压缩应力的影响,提出了新的接头球半径在6~10cm范围内增强件环向压缩应力估算公式,另外研究了喷管喉径对柔性接头结构应力的影响,讨论了冷试容器压强和热试车发动机燃烧室压强换算公式的适用性。结果表明:增强件环向压缩应力试验测试结果和有限元计算结果吻合较好,现有增强件环向压缩应力经验公式估算结果值得商榷,柔性接头冷试结构应力与热试结构应力是不同的,冷试容器压强和热试车发动机燃烧室压强换算公式对于增强件环向压缩应力是适用的,但是对弹性件切应力不适用。      

纤维缠绕球形贮箱刚度分析

对纤维缠绕球形贮箱在外压、内压和温差等作用下,进行应力、变形和稳定性等结构刚度分析。结果表明,与金属材料贮箱相比,纤维缠绕球形贮箱具有显著的刚度约束条件,如临界卸载内压和临界温差等。纤维缠绕球形贮箱在按强度要求进行结构设计和分析的基础上,还需校核刚度约束条件。为此,提出了纤维缠绕球形贮箱结构稳定性的各类临界载荷包括外压、卸载内压和温差等的计算公式及判据,为结构方案设计和研制的试验提供参考。     

碳纤维在固体发动机壳体研制中的应用

本文简述了固体发动机壳体材料的研制现状,着重论述了碳纤维在固体发动机壳体研制中的应用。     

喷丸强化——解决壳体低应力爆破的途径

固体火箭发动机壳体低应力爆破现象,在发动机研制中屡见不鲜。壳体发生低应力爆破的主要原因是处于拉应力状态下的表面裂纹或类裂纹扩展到引起脆断的临界尺寸所致。而喷丸强化能使零件表面产生压应力,封闭零件表面裂纹或类裂纹,推迟裂纹扩张断裂时间,延长壳体使用寿命,减少低应力爆破。     

固体火箭冲压发动机壳体焊接技术

冲压发动机壳体各部件的加工和装配精度、工作中发动机突出的非对称性结构的气动力载荷和整体式燃烧室较高的工作压强等,都对冲压发动机壳体的焊缝质量、焊接接头的力学性能、壳体的尺寸精度和所用材料的性能等技术指标提出了更高的要求。     

碳纤维/ 环氧复合材料壳体补强新工艺及方法对比研究

为了降低复合材料壳体封头区域的应力集中,提高壳体整体性能,对复合材料壳体薄弱区进行补强以及采用何种方法进行补强是关键问题.本文以碳纤维Ф150 mm复合材料壳体为研究对象,以理论分析和有限元分析为依据,分别采用碳布补强和纤维缠绕补强对壳体前后封头及赤道附近位置进行补强.试验结果表明:纤维缠绕补强效果明显好于碳布补强,壳体特性系数由40.3 km提高到48.5 km,应力平衡系数提高到0.95,纤维发挥强度由3 378.1 MPa提高到4 058.4 MPa.     

固体火箭发动机复合材料裙技术研究发展

介绍了固体火箭发动机壳体裙的结构、用途及采用复合材料裙体的优点。详细讨论了玻璃纤维和混杂纤维等增强材料在国外发动机裙上的应用，以及国内在该领域所取得的研究成果和复合材料裙的单独成型及整体成型工艺，同时展望了国内布带缠绕高性能复合材料裙的技术发展趋势和应用前景。     

金属内衬纤维增强复合材料筒体设计

研究了金属内衬纤维增强复合材料筒体的设计方法,推导出了环向及螺旋加环向纤维缠绕的金属内衬筒体计算公式。以算例表明,该方法在保证壳体爆破强度前提下,达到了壳体减重和增加刚度的效果。本研究以固体火箭发动机壳体设计为背景,可以延伸用于一般压力容器。     

固体火箭发动机缠绕玻璃钢燃烧室壳体的研究

我们在1977年至1981年研制了用于地空型号战术火箭发动机缠绕玻璃钢燃烧室壳体。壳体本身是压力容器,经水压强度试验,静力加载试验,高、低、常温装药地面静止试验考核,证明壳体结构设计合理,性能良好,工作可靠。