液氧煤油发动机碟形金属密封特性

碟形金属密封是一种精密的封闭式密封结构,在预紧过程和工作过程中表现出强烈的非线性特征,采用试验手段或者线性有限元方法无法对其密封特性进行直观量化研究。为了解决该问题,以1 200 kN推力液氧煤油发动机中的一种小直径碟形金属密封结构为研究对象,采用非线性弹塑性有限元仿真计算方法,分析了密封结构轴向压缩量、各密封面的密封面积及密封应力随加载载荷的变化规律,研究了碟形密封结构的密封机理和轴向刚度特性。分析结果表明:预紧载荷作用后4个密封面均形成密封面积和密封应力,预紧状态下碟形环发生"S"形变形并出现失稳现象,介质的压力载荷和温度载荷造成各密封面的密封性能下降。     

Al包覆层厚度对Al-NiTi复合垫片密封面压紧力影响的有限元分析

用ABAQUS分析了法兰连接中不同Al包覆层厚度下Al-NiTi复合垫片密封面压紧力的分布,并与同等加载条件下的NiTi垫片、金属石墨缠绕垫片进行了对比。结果表明,相比NiTi垫片,Al包覆层降低了密封面的压紧力,随包覆层厚度增加,降低幅度增加;包覆Al层后,垫片密封面压紧力沿径向分布呈现波纹起伏,随包覆层厚度增加,波动幅度增加;Al-NiTi复合垫片内外侧附近出现密封压紧力急剧上升的突变,且随垫片厚度减少,突变值增加,这有利于提高密封效果;Al包覆层厚度为0.2 mm时,密封面压紧力数值较为理想,甚至超过NiTi垫片和金属石墨缠绕垫片。     

考虑零件蠕变-松弛时凸缘联接系统的密封模糊可靠性

凸缘联接系统作为一种方便的可拆卸连接,这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏,同时还要求满足一定的密封性能.应用蠕变-松弛理论和模糊可靠性理论,将垫片、螺栓和凸缘环作为一个整体,考虑凸缘联接系统各零件之间变形协调、力的平衡和各零件蠕变-松弛作用,提出了在预紧和操作情况下,计算凸缘联接系统载荷与变形随时间变化的新方法.在此基础上,对其密封模糊可靠性随时间的变化进行了研究.算例结果表明,提出的新方法是可行的.     

高压补燃发动机э形弹性金属密封机理研究

э形弹性金属密封是一种适用于大通径、低温、高压密封环境的金属密封结构,已成功应用于高压补燃液氧/煤油发动机液氧管路密封。针对100吨级高压补燃发动机中的э形弹性金属密封,建立了其非线性有限元弹塑性分析模型,基于ABAQUS 6.10进行了仿真计算,得到了4个密封面的接触面积和接触应力随预紧载荷的变化规律,确定了各密封面形成的先后顺序。对于密封机理的研究结果表明,э形环刚度过大是造成э形密封装配困难的根本原因。     

ANSYS二次开发在火箭发动机法兰结构设计中的应用

氢氧液体火箭发动机密封连接形式常采用一种法兰面贴合的榫槽式密封法兰结构,设计时主要采用有限元方法进行结构强度和密封性分析.为提高设计效率、简化有限元操作,利用ANSYS提供的用户界面设计语言(UIDL)和参数化设计语言(APDL)二次开发环境,开发结构分析程序模块.该程序模块能够将法兰结构有限元分析的前后处理和计算封装在后台操作,用户只需输入结构和材料参数,程序可自动进行有限元计算.利用有限元计算结果,通过垫片应力预测泄漏率进行密封性分析,结合螺栓和法兰最大应力,可确定垫片规格等结构参数和拧紧力矩等装配参数.通过实际应用验证,根据程序计算结果满足发动机热试车使用要求,验证计算方法合理.     

基于扭矩-预紧力试验的管接头拧紧力矩控制研究

基于紧固件扭矩-预紧力试验方法,本文建立了球头-喇叭口密封结构管接头扭矩-预紧力试验原理模型。在此基础上,开展了管接头扭矩-预紧力试验,测得管接头扭矩-预紧力关系曲线及预紧力-转角关系曲线,给出了推荐安装力矩范围,并通过产品试验验证了拧紧力矩控制方法的合理性。     

液体火箭发动机旋转式唇形密封圈脱开转速计算

针对火箭发动机涡轮泵端面密封结构中旋转式唇形密封圈的“脱开式”密封特性,基于丁腈橡胶材料单轴拉伸试验数据,借助非线性有限元软件ABAQUS,建立了唇形密封圈的“解析刚体-超弹性体”组合有限元模型.计算了在过盈装配预紧力、弹簧径向力、燃料介质压力及旋转离心力作用下,密封圈的Von-mises应力分布及变形情况,根据密封圈接触状态转化,获得了密封圈的脱开转速区间.最后进行了唇形密封圈的水运转试验,提出了用于测量密封圈脱开转速的逆向测量方法,试验结果与计算结果吻合,从而验证了计算结果的正确性.     

软金属密封结构密封性能数值仿真研究

针对液氧煤油发动机管路中广泛应用的软金属密封结构,采用单边接触模型和材料弹塑性模型相结合的方法,通过有限元软件Nastran隐式非线性模块对其进行数值仿真。得到并分析了结构应力、位移及接触应力等相关参数。结果表明,软金属密封结构在45 MPa内压下,结构强度满足使用要求,密封面接触应力大于300 MPa,密封安全系数大于1.67。     

纤维缠绕壳体材料的粘弹性蠕变性能

在各种载荷条件下测量了用于固体火箭发动机壳体的 S-901玻璃纤维/环氧树脂复合材料的粘弹蠕变特性。试样从纤维缠绕发动机壳体的前封头,纤维缠绕角为±20°和±70°的区域内切取。在不同的拉伸应力和四点梁弯曲应力水平的条件下对试样进行测试。通过几次蠕变——恢复周期来确定材料的蠕变特性。为了测定材料在较低的应力水平下的滞后现象也用四点梁弯曲试验进行了等位移速率试验。发现材料的特性在许多方面类似于从前在等同条件下试验的气压釜固化的平板试样的特性。蠕变特性随时间的变化服从如下幂定律:D=D_0+D_1f~n式中:D 为蠕变柔量(磅/英寸~2~(-1))D_0为初始弹性蠕变柔量。D_1和 n 确定了材料的粘弹响应特性。在线性粘弹性范围,n=0.19。这与环氧树脂本身得出的数据完全一致。在较高应力水平下,由于复合材料内部产生的微裂纹而使 n 值增加。在第一次和第二次加载循环之间,蠕变——恢复特性出现最大差值,而在随后的加载条件下 n 值稍许降低。     

多脉冲固体火箭发动机陶瓷舱盖结构分析

针对多脉冲火箭发动机用陶瓷舱盖材料拉压模量不同的特性,利用ANSYS软件建立了平面轴对称有限元模型,分析了隔舱接触面上的压力与摩擦力对舱盖危险点应力的影响。结果表明,无论舱盖凸面受压还是凹面受压,轴心凸面处始终是结构的危险位置;增大结构预紧力并减小接触面的摩擦力可改善舱盖的应力分布。     

自紧式K形金属密封组件密封特性研究

K形金属密封是液氧/煤油发动机液氧管路系统中经常使用的金属密封结构,其密封性能关系着发动机能否可靠工作.针对自紧式K形金属密封组件,采用非线性有限元方法,基于局部理想粗糙度等效简化,研究了密封机理.仿真结果再现了密封接触面的形成模式,论证了“压力自紧式”密封特征和可重复使用特性,并以密封接触面积和平均接触应力为指标,获得了密封性能与拧紧力矩的敏感性关系.     

八角垫高压密封结构的设计

本文介绍了一种高压密封结构——八角垫卡环密封结构;通过对该密封结构实际受力情况的分析并结合GB150-89设计标准,阐述了该密封结构的设计方法,并经试验论证可行。     

液体火箭发动机涡轮泵密封组件静力学特性

为了提高液体火箭发动机涡轮泵端面密封的气检合格率,开展了密封组件的静力学特性分析。采用有限元法建立了密封端面接触分析模型,针对石墨环装配过盈量、弹簧刚度偏差与气检压力3个方面进行了仿真计算,获得了端面变形量和密封压力分布的变化规律。计算结果表明:在0.13 mm过盈量下,石墨环上端面高度差为7.2μm;弹簧刚度偏差量变化引起的动静环端面压力分布最大差值约0.1 MPa;在气检过程中密封端面呈环形的压力分布。     

橡胶"O"形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。     

固冲发动机三工况转级试验气流转换装置设计

根据固冲发动机三工况转级试验时序要求,设计一套气流转换试验装置,实现来流的溢流和无溢流供气转换。根据试验结果分析,气缸工作压强最低为0.5 MPa,最大工作压强为0.8 MPa;对于进气模拟参数分别为流量4 kg/s,温度550 K的试验工况,气缸与排气腔之间石棉垫绝热密封效果良好,不需要对气缸采取冷却措施;而对于进气模拟参数分别为流量6 kg/s,温度625 K的试验工况,需要对气缸采取冷却措施。气流转换装置满足试验要求,且结构合理、简便,操作简单。     

涡轮泵端面密封陛能与漏气量影响研究

从端面密封结构方面和密封性能稳定性影响因素方面,对在用和放置发动机密封性能检查中出现的泵端面密封泄漏量严重超标现象进行了深入分析以及模拟试验验证,并进行实际工作考核验证,给出了不影响使用的明确结论。     

基于润滑的楔形螺纹紧固件扭拉性能试验研究

楔形螺纹连接结构固有的螺栓齿顶与楔形螺纹斜面线接触模式,存在无润滑状态下线面接触磨损大等现象。为有效提升反复使用工况下楔形螺纹结构连接的可靠性,开展螺栓表面涂润滑脂、螺母表面涂MoS2、螺栓表面仅螺纹涂MoS2与螺栓表面整体涂MoS2等4种润滑方式下的扭拉性能试验,对不同润滑条件下的扭拉系数、预紧力和螺纹磨损等进行试验研究。试验结果可有效提升楔形螺纹连接结构的可靠性和连接质量。