新型穿透式复合材料薄膜盖的设计、制作与实验

以复合材料层合板为基本材料设计了一种结构新颖的穿透式薄膜盖,在导弹与薄膜盖初始接触区域预制薄弱区,导弹顶破时以四瓣形式开裂,提高了导弹的发射效率.通过强度分析确定了设计方案,然后自行制作了实物,并进行了实验验证,结果表明结构设计合理,理论预测和实验方法准确.本文所建立的方法和研究结果为这类箱盖的设计应用提供了依据.     

复合材料易碎盖薄弱区结构的参数化设计

针对复合材料易碎盖薄弱区结构进行力学性能分析,提出了薄弱区结构参数化设计方法。对发射箱盖整体进行数值模拟,确定了薄弱区局部模型分析的边界条件和载荷。计算薄弱区结构模型在11种拉弯耦合载荷作用下的承载能力,绘制强度包络线,分析了薄弱区内外侧搭接布条的长度与厚度对其性能的影响。根据最大主应力强度准则,计算得到薄弱区结构在不同拉弯比例下的强度随结构参数变化的曲线,进而对薄弱区结构进行参数化设计。根据参数化设计方法,设计了2种易碎盖进行冲破实验。结果表明,搭接长度主要影响薄弱区结构的剪切强度,而搭接厚度主要影响薄弱区结构的拉伸强度;设计结果与实验结果差距在10%左右,验证了设计方法的可行性。     

平面整体冲破式易碎盖结构设计及有限元分析

针对发射筒/箱盖的轻质、结构紧凑等新的性能需求,设计了一种凹槽式薄弱区结构的平面整体冲破式复合材料易碎盖。对于承压工况,建立了静态有限元数值分析模型,分析了易碎盖应力和变形的分布,讨论了盖体厚度和薄弱区凹槽宽度对其最大变形的影响;对于冲破工况,基于三维Hashin失效准则,建立了静态渐进损伤有限元模型,研究了易碎盖冲破的损伤失效机理,探讨了易碎盖设计参数对其冲破性能的影响。结果表明:盖体厚度、凹槽宽度与易碎盖最大变形之间均为非线性关系,且盖体厚度的变化对易碎盖的刚度和强度影响明显,而薄弱区凹槽宽度的变化对其影响较小。有限元分析结果可为进一步试验研究及制备提供技术支持。     

炭／环氧三维多向编织复合材料圆管相贯接头承载有限元分析

对三维多向编织复合材料圆管相贯型接头进行材料设计。从采用微观力学反算法确定组分材料性能出发,由刚度平均化方法基于单胞模型确定复合材料的本构特性,利用Patran/M arc对炭/环氧三维多向编织复合材料圆管相贯型接头的承载性能进行有限元应力分析,讨论细观结构形式和编织角对接头结构受力变形行为的影响。结果表明,大编织角三维六向编织复合材料的特性更接近各向同性,有利于提高接头的承载性能均衡性,该分析方法和结果为三维异型整体多向编织复合材料结构的材料设计提供参考。     

某导弹易碎盖的开启过程

针对以往工程应用中认为导弹燃气易碎盖前盖由燃气直接冲破或导弹头部撞击破裂的情况,利用计算流体力学和试验方法对某导弹燃气易碎盖开盖过程进行了深入研究。结果表明,某导弹采用易碎前后盖技术,后易碎盖靠发动机喷管燃气冲开,前易碎盖靠发射时产生的扰动波打开;通过合理配置发射筒前后易碎盖开盖条件,能可靠保证发射筒盖的正常开启。     

三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级的高性能 PRD—49—Ⅲ纤维缠绕燃烧室的研制

洛克希德导弹空间公司计划采用杜邦公司的低密度、高强度、高模量PRD——49——Ⅲ纤维,研制一种三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级所需的高性能纤维缠绕燃烧室,计划分三步进行:(1)确定材料的基本性能的特性数据;(2)用小尺寸的燃烧室试验来评定设计和制造设想;(3)用全尺寸壳体的爆破和结构试验来验证和确定设计与制造技术。本文提供了材料的基本性能以及小尺寸和全尺寸壳体的数据,数据证实了PRD—49—Ⅲ纤维燃烧室要比S—901玻璃纤维燃烧室轻35%,且复合材料的环向模量增加70%。     

复合材料桁架式机架设计方案

为进一步降低某上面级发动机机架结构质量,对其高强度钢的桁架式机架开展了以复合材料替代金属的设计方案研究。通过对原金属桁架式机架力学设计特性分析,在保持原结构对接参数及外形尺寸不变的情况下,提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料机架的设计方案,并重点对杆件结构进行详细设计及影响参数分析。首先,采用基于Matlab软件的遗传算法优化工具箱对杆件截面尺寸及纤维缠绕角度优化,然后对接头结构进行设计,并组装成复合材料整体机架,对强度、刚度及稳定性等参数分析及校核。研究结果表明:新设计复合材料机架在满足原机架基本设计要求基础上,相对于原机架实现了40%以上的减重。研究方法可为复合材料桁架结构设计研究提供借鉴。     

基于ABAQUS的复合材料网格筒分层破坏分析

复合材料网格筒结构由于极优的高比强度及比刚度特性,在运载火箭、飞机、卫星等航空航天结构中得到广泛应用。采用ABAQUS对复合材料网格筒结构进行精细化建模,详细分析了复合材料网格筒中的应力分布、分层破坏形式,研究了网格分层破坏出现的位置及对其整体刚度的影响。对网格筒桁条交界处的应力进行详细分析,研究了工艺缺陷对其破坏模式的影响。根据整体分析结果及局部分析结果,设计了承载能力为3500kN,质量为30kg的复合材料网格筒结构。研究成果将为复合材料结构网格筒的分析及设计提供参考。     

液体火箭发动机复合材料机架初步设计研究

针对液体火箭发动机承力机架,开展复合材料机架的初步设计及探索应用研究。通过对原金属机架结构设计特点分析,提出了一种碳纤维增强复合材料机架的设计方案,并对其进行了力学性能预测及设计参数影响分析等方面研究工作;最后,采用有限元软件ANSYS的APDL语言开发了复合材料机架的计算程序,该程序基于损伤累积理论,包含结构应力分析、材料的失效判断及材料的性能退化3个主要循环过程,通过仿真手段模拟了在载荷增加过程中结构内部产生损伤,并逐渐累积直至破坏的整个过程。仿真分析结果表明:复合材料的应用可在满足原机架强度、刚度和稳定性等设计要求基础上,相对于原结构实现了50%的减重。     

轴压载荷作用下全复合材料裙与壳体搭接区的结构分析

对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60 mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙外铺层是搭接区最薄弱的环节;影响搭接区承载能力的主要结构因素有裙尖厚度、裙外铺层厚度、直段橡胶长度;随裙搭接长度的增大,搭接区承载能力呈现先增大后减小的趋势,存在搭接区承载能力的极大值。该分析方法和结果可供搭接区分析设计参考。     

导弹发射箱(筒)内燃气流特性分析——热态试验研究

本试验是利用局部动力相似理论，在导弹燃气动力效应实验室利用缩比导弹发动机模拟燃气流对发射箱的冲击效应，主要对后盖不同开启时间气流对箱（筒）体的冲击规律作了深入的研究，以寻求气流的冲击特性对盖体开启时间的最佳效应，对箱（筒）体工程设计及最佳开盖时间提供预估参数和设计准则。     

脉冲发动机复合壳体的强度分析及优化设计

采用ANSYS有限元软件对脉冲发动机复合壳体进行了结构强度分析和优化设计。用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化；给出了复合壳体在临界压力载荷下的失效模式；分别在两种材料层中对最大应力约束下，以减少复合壳体的总质量为目标，对复合壳体的壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化，并对设计变量的敏感度进行了分析。计算结果表明，在工作压力载荷下，安装在轨姿控舱体内的脉冲发动机的强度可以满足设计要求；壁厚尺寸是关键的优化设计变量，优化后脉冲发动机复合壳体的总质量可减轻5．7％。理论分析结果与试验结果相吻合。     

整体式固冲发动机与导弹一体化优化设计

概述了发动机与导弹一体化优化设计问题，建立了整体式固部发动机与导弹一体化优化设计模型，并以某防空导弹为一算例，进行了优化前后两种方案对比，结果表明，经地定体化优化设计挖掘了整整体式固部贩设计潜力，导弹弹道性能明显提高。     

导弹轨姿控舱体的强度分析

借助NASTRAN和PATRAN有限元分析软件,对承受多种加载方式的导弹轨姿控舱体进行了有无补强措施对比的强度分析。计算结果表明,轨姿控舱体设计的安全系数高;采取施加压紧盖的补强措施后,可分别使轨姿控舱体的最大应力值和最大变形量约降低到原值的1/2。试验结果证明,这种计算分析方法有效、可靠。     

考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统的集成容错控制

研究了一类发动机十字型布局的导弹姿态控制系统的容错控制问题,提出了一种考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统集成容错控制方法。该方法针对执行机构的恒增益变化故障和卡死故障,首先提出了集成容错控制的总体策略,然后分别基于线性矩阵不等式方法和故障补偿思想,给出了在圆盘极点指标和H∞指标两个相容指标约束下的状态反馈满意容错控制器和故障补偿器的设计方法。最后在Matlab/Simulink环境下将该方法应用于导弹姿态控制系统进行仿真实验,结果表明了该方法的有效性和可行性。     

战术导弹全弹FMECA方法研究

论述了故障模式影响及危害性分析(FMECA)的目的和意义，尤其强调了战术导弹全弹FMECA对提高导弹可靠性的作用。讨论了导弹详细设计阶段硬件的FMECA方法，包括自下而上综合方法、约定层次划分、故障严酷度分类等问题。最后，结合工程实践，给出了导弹全弹FMECA的部分应用实例。     

低冲击弹射式发射箱前盖分离特性

针对火箭、导弹储运发射箱前盖快速开启、可靠分离的设计需求,提出一种利用弹簧储能的低冲击弹射式发射箱前盖方案。在此基础上,结合设计方案各部件在分离过程中的受力特性,建立前盖分离和抛落的理论模型,对箱盖分离轨迹进行计算分析。为优化设计参数,利用实验设计方法(DOE)和响应面法(RSM)对影响前盖抛落距离的储能弹簧刚度、有效作用距离以及活动冲击部件的斜板倾角等进行优化分析,获得满足可靠分离判据的优化结果。最后利用基于多体动力学模型的虚拟样机试验对优化模型进行了校验分析,验证了设计方案的可行性和理论模型的合理性。     

助推-滑翔导弹射程管理技术研究

针对助推-滑翔导弹全程弹道设计问题,提出了基于能量管理的射程管理技术,采用助推段能量管理机动和滑翔段阻力加速度能量管理方法,研究并提出了具体的射程管理方案,分析了不同射程管理方案对射程的影响及其射程区间,验证了通过能量管理实现射程管理的可行性,确定了助推-滑翔导弹射程的可覆盖范围,并给出了一组特定射程下的飞行参数。研究结果表明,通过能量管理技术可实现大范围的射程调节,最小射程可到最大射程的49.3%,采用该射程管理技术可实现助推-滑翔导弹弹道快速、灵活设计,为其发射参数的装订提供了一种新的途径。     

跳跃式导弹弹道设计与优化

详细介绍了跳跃式导弹的概念及其特点,并针对某二级导弹(一级为固体火箭发动机,二级为间隔可调双脉冲固体火箭发动机),根据跳跃式导弹的飞行特点,提出了一种飞行程序角的设计方法,给出了飞行程序角的表达式,并建立了跳跃式弹道优化模型。在跳跃式导弹概念设计阶段,在总体参数给定的情况下,弹道的设计与优化能最大限度地提高导弹的性能,利用混合遗传算法对跳跃式导弹弹道进行了较详细全面的设计与优化,并作了比较。结果表明,该方法适用于跳跃式导弹方案论证和初步设计。