固体火箭发动机模态分析中的推进剂建模研究

应用有限元软件Marc建立了某固体发动机有限元计算模型，对其中难以用有限元模型准确描述的推进剂，采用了两种简化建模方法。一种是仅仅考虑推进剂质量，忽略其刚度等属性，将推进剂简化为均匀附加在发动机壳体有限元模型节点上的集中质量；另一种是将推进剂作为几何实体，考虑其质量和刚度，建立推进剂实体模型。模态计算结果与试验比较表明：推进剂的壳体节点集中质量模型，能较好地模拟发动机的弯曲特性，由于忽略了推进剂刚度，对于呼吸振动特性的模拟不太理想；相比之下，推进剂的实体模型，由于同时考虑质量和刚度，对弯曲和呼吸振动特性的模拟较好一些。计算还表明，要逼近高阶振型，需要将推进剂弹性模量修正得更高一些。     

固体火箭发动机壳体振动特性分析

固体火箭振动特性的分析,无论是理论方法还是试验方法,都可归结为固体火箭发动机振动特性分析问题.本文采用4节点薄板壳单元有限元方法,计算了发动机壳体的固有振动特性,计算值与试验值相符较好.     

补燃发动机总体布局动态设计研究

基于经典的振动理论,结合现代的有限元分析方法,研究了补燃火箭发动机整机结构以及主要管路的固有频率和振型,进行了整机结构中的Y形管模态试验,并分析了真实发动机试车时的主导振动频率。结果表明,Y形管的计算固有频率和试验固有频率相符,振型一致;管路系统的固有频率高于发动机整机的固有频率;发动机试车时的主导振动频率与其固有特性不相耦合。模态计算和试验结果表明,该发动机总体布局结构在动态特性上是合理的。     

某发动机整机模态分析

为了获得某型号发动机的动态特性,采用有限元方法进行了发动机整机的模态分析。按照由组件到整机的思想,分别建立了各个组件的有限元模型。重点对推力室和喷管的建模方法进行了分析。将推力室按等效刚度法等效为单层壳,喷管按结构特性等效为正交各向异性壳,并将喷管计算结果同模态试验结果进行对比,验证了喷管建模方法的准确性。各组件模型组装为整机有限元模型,计算得到了整机的模态分布。数值计算结果同模态试验结果吻合较好。     

液体火箭发动机三轴向虚拟振动试验技术研究

振动试验是液体火箭发动机结构可靠性评估和力学环境适应性验证的重要内容。相比单轴振动试验,三轴向振动试验能够更加真实地模拟产品的实际受力状态。开展三轴向虚拟振动试验研究,对于预示发动机动态响应,指导结构设计优化,以及研究修改单轴向振动试验输入谱以适用于三轴向振动试验都具有重要的研究价值。针对液体火箭发动机的振动问题,利用三轴向振动台的控制方法和有限元仿真技术,逆向构建了某三轴向振动台的虚拟振动试验系统。基于Patran有限元平台将某型号产品和振动台模型进行联合仿真动力学建模,以发动机正弦振动和随机振动试验条件作为动力学响应分析的载荷边界,利用Nastran进行三轴向振动问题求解。通过与实际的振动试验结果的对比和修正,获得精确的三轴向振动台和产品仿真模型、精确控制方法等,为液体火箭发动机结构振动响应预示、薄弱环节识别提供虚拟试验技术手段。     

固体火箭发动机模态分析

应用有限元软件Marc建立了某空载固体火箭发动机的有限元模型,进行模态分析,得到了自由状态下的振动频率和振型,与试验结果吻合较好.200Hz以内,分析模型选用的发动机以呼吸振型为主,也出现了一阶弯曲振型.     

某发动机涡轮泵转子高温超速/疲劳试验研究

涡轮转子是输送液氢/液氧推进剂的关键组件,其运行状态的好坏将直接影响发动机的性能和可靠性。超速/疲劳试验是转子质量控制、极限强度考核的一种试验方法。针对某发动机涡轮转子开展了高温超速/疲劳试验研究,首先研究了试验用转接器的设计方法,然后基于有限元方法建立了某液体火箭发动机涡轮泵转子高温超速试验的有限元模型,研究了温度对涡轮泵转子振型及临界转速等动特性的影响,分析了转子启动升速过程中常温和高温的振动幅值与支撑应力变化规律。在理论研究基础上开展了转子高温超速/疲劳试验研究,分析了高温状态下涡轮泵转子系统启动升速过程振动幅值的变化规律,研究了温度对涡轮泵转子超速动特性的影响规律。     

500吨级液氧煤油发动机结构动态特性

为获得我国载人登月运载系统用500吨级液氧煤油发动机结构动态特性,采用有限元方法对发动机整机结构进行了模态计算分析,并对影响结构动态特性的相关因素进行了分析,获得了发动机的模态参数以及优化结构低频特性的有效途径。针对该发动机零部组件多、结构复杂度高的特点,采用子结构有限元模型组装并结合部分组件试验的方式建立了整机结构的有限元仿真模型。计算结果表明,在目前设计状态下,发动机的首阶模态频率约为8.8 Hz。进一步优化表明,通过增大工艺拉杆倾角,可显著提升伺服回路在相应方向上的横向刚度,从而使该方向上的模态频率得到大幅提升。     

导弹横向弯曲振动特性的计算

本文给出了分析导弹弹体含有内部结构梁的横向弯曲振动特性的计算方法,特别是可用来计算导弹内部结构梁的局部振动频率和模态。文中给出了带有集中质量的铁木辛柯梁单元的传递矩阵和弹体含有内部结构梁的传递矩阵,分析了发动机药柱质量对弹体振动特性的影响。用本文方法计算某型号弹的横向弯曲振动特性,计算结果与试验测量值较一致。     

卫星虚拟振动试验仿真效果研究

对振动台关键部件建模后,获得了包括动圈、扩展头、滑板、加强板、牛头等部件的较为准确的有限元模型。针对某卫星模型与振动台模型集成后的组合模型进行了有限元振动响应计算。将虚拟试验结果与实际试验结果、卫星传统仿真结果进行对比,通过分析卫星频率及响应量级来评价虚拟振动试验对卫星研制的意义。     

火箭发动机喷管分离流动仿真分析

采用数值方法研究在分离状态下的最大推力喷管流动状态,讨论了不同湍流模型对分离流动的影响,在此基础上详细分析了喷管流动中出现气流分离模态由自由激波（FSS）到受限激波（RSS）的变化情况。在稳态仿真基础上开展非稳态分析,并综合小波分析、结构有限元方法分析了侧向载荷影响。研究结果表明,喷管内压强脉动为低频脉动,该脉动频率范围与喷管固有频率有交叠,可为后续的喷管气流分离侧向载荷分析及验证试验提供基础。     

低速条件下引射火箭实验研究

开展了火箭基组合循环推进在引射阶段的实验系统设计，实验系统包括以支板为特征结构形式的引射火箭试验发动机，自由射流气路系统，燃料喷注系统和压强推力数据采集系统，以固体火箭发动机作为燃气发生器，成功地进行了静态海平面零马赫状态下引射模态实验，获得了相关实验数据，同时，对相应的几何结构做了数值模拟，数值计算结果与实验结果基本吻合。     

火箭整流罩声振环境缩比特性研究

针对火箭整流罩全尺寸声振环境试验过程中难度大、成本高的问题，通过量纲分析的方法建立了缩比模型的相似准则，研究并获得了缩比模型与原模型之间内部声场、壁面振动加速度的关系，并使用声学有限元方法(FEM)进行了仿真计算。仿真结果表明，缩比模型与原模型场点处声压级相吻合，壁面振动加速度成一定的比例关系，符合缩比准则结果。该方法为火箭整流罩的声振环境预示和试验提供了理论依据。     

基于拟合模态法的大范围运动柔性曲线梁动力学建模方法研究

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法，这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式，求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模，把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式的形式，得到曲线梁模态的近似解析表达式，从而大大简化了建模与计算的过程。以某型号卫星抛物面天线为例，验证了方法的可行性与准确型。     

惯性平台框架类结构件的试验模态分析

为了更好的设计和改善结构的动态特性，从而提高产品及工程的质量，应用结构动态分析和计算方法，针对某型号惯性平台框架类结构件进行了模态试验分析，得出了各结构件在0～2000Hz内的各阶固有频率和振型，并通过将试验模态分析的结果和有限元分析结果进行对比，对有限元建模和分析结果的正确性给予了验证。最后，文中提出了各框架结构件设计中存在的薄弱点和相应的优化措施，为今后结构的设计改进和动力学分析奠定了基础。     

应用经验模态分解的箱型结构裂纹诊断方法

为获得航天器结构的更多故障信息,文章提出了一种应用经验模态分解对一个两层箱型结构进行裂纹故障诊断的方法。先对该结构进行有限元建模和模态分析,发现结构有无故障均对模态的影响非常小;再对实际结构进行正弦振动试验,对振动响应信号进行经验模态分解,利用固有模态函数构造标识向量,提取用标识向量间的标识夹角作为诊断结构故障的指标。分析结果表明,结合施加给结构的主振方向,利用标识夹角能识别出裂纹的位置和方向。该方法为航天器结构故障的诊断提供了一种新的思路。     

一类刚-柔耦合系统的模态特性与实验研究

本文从理论和实验两方面研究了由中心刚体和柔性梁组成的刚柔耦合系统的模态特性。结果表明该系统的模态与静止情况正气结构动力学模态存在较大差异，系统的模态频率与刚体Hub和柔性梁的转动惯量比值有一定关系，这为研究这类刚柔耦合系统的动力学与控制问题提供了一些有益的参考。     

太阳电池阵的铰链副刚度参数识别

为正确识别太阳电池阵铰链副的刚度参数,用形状简单、建模相对容易的有机玻璃板列阵不同状态下模态试验结果估计待识别参数的初始值,通过线性化目标函数,将参数识别归为易求解的数学规划问题,最终直接用商用有限元分析程序和数学软件实现参数识别。识别结果表明,理论计算值与试验结果基本吻合。     

基于有限元软件ANSYS的扩压器强度分析

空气泄入式扩压器是液氧/煤油发动机高空模拟试验的关键设备。运用有限元软件ANSYS的结构静力分析方法,对该扩压器筒体进行了强度分析,获得了筒体的应力分布情况。分析结果符合扩压器受力情况。