四机并联发动机低频动态特性分析

为了获得发动机结构的低频动态特性,采用有限元方法进行了液体火箭一级四机并联发动机(含机架)的计算模态分析。由于发动机为复杂的非对称结构,建模时按质量和刚度等效原则将推力室的夹层结构简化成单层板,其余结构大都按空间梁简化,通过改变材料密度保证了模型质量与发动机稳态工作时的质量一致。简化后的计算规模适中,既反映了结构的主要特征又不浪费计算机资源和时间。计算结果表明了四机并联发动机系统中有多阶轴向运动较大的模态值得注意,需避免它们和发动机的低频脉动及箭体的低频振动耦合。     

重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标...     

双推力室机架快速优化设计方法研究

针对双推力室发动机机架结构开展快速优化设计方法研究,包括模型参数化和结构的优化设计。通过2种不同工况机架实体和简化模型结构分析结果比较,验证了采用梁单元和MPC单元简化模型进行优化设计的合理性。自编程序直接生成包含机架结构布局和尺寸参数信息的有限元模型文件,解决了传统参数化设计中建模精度和时间对优化设计的制约问题。综合考虑强度、刚度和稳定性进行机架结构布局和轻质化优化设计,机架结构在满足各项约束条件下重量发生明显下降,优化设计收到理想的效果。     

壁挂式主频可调变截面小卫星结构设计与验证

针对多星并联布局“一箭多星”发射小卫星的模式，为降低星箭连接界面结构受力、提高卫星结构对不同运载火箭的主频适应性、提高星内设备安装空间利用率，本文设计了一种壁挂式主频可调变截面小卫星结构。对该卫星结构，开展了基于有限元方法的模态和静力分析验证，还开展了地面鉴定级振动试验验证和在轨飞行试验验证。分析和试验结果表明，壁挂式卫星结构相比底部连接式卫星结构，星箭连接界面受力可降低67.7%；在不增加卫星结构质量的前提下，仅通过安装或拆卸主传力路径上的部分连接螺钉，就能实现卫星3个方向一阶频率10 Hz左右的可调范围；采用沿运载火箭轴线方向横截面大小可变的变截面结构设计，可将星内设备安装空间的利用率由等截面卫星结构的49.1%提高到74.2%。     

火箭多台发动机并联推力传递结构动静耦合计算方法

针对运载火箭多台发动机并联推力传递结构在工作中力学环境适应性问题，开展了动静耦合动力学计算方法研究。该研究分析了动静耦合机理，并以此为基础，计算了有无静载的结构模态频率和推力传递结构关键部位随机振动响应。结果表明，火箭推力传递结构在大推力作用下，结构的刚度发生改变，进而影响动力学特性。相关研究结果为火箭多台发动机并联推力传递结构动静联合试验提供了参考意义。     

航天器预复振响应对比分析研究现状综述

对航天器预复振响应对比分析的研究现状进行了综述。介绍了航天器振动试验中预振和复振试验(简称预复振)结果不一致现象的三种典型表现形式:共振峰漂移、共振峰数量变化和共振峰幅值变化。分析相关试验研究和数值模拟文献,指出边界非线性、材料非线性和结构损伤等因素是造成预复振结果不一致的主要原因。对边界非线性,主要从间隙非线性理论研究和螺栓松动试验验证两方面讨论了边界非线性对预复振不一致的影响,发现结构间隙可造成共振峰漂移,预紧力和阻尼对频率漂移也有影响,而螺栓松动则可改变传力路径和结构导致共振峰漂移。对材料非线性,研究认为蜂窝材料特性随载荷、时间、温度等因素的变化可导致航天器结构特性改变,从而出现频率漂移。对结构损伤,研究发现这会导致航天器结构特性发生不可逆变化而造成预复振试验结果出现差异。针对目前研究以共振峰漂移问题为主,且局限于理论和仿真,尚不能应用于科研实际的现状,根据当前航天发展和工程需要,对振动试验研究的发展提出了建议:推进复杂结构系统的振动响应研究体系建设;完善航天器振动试验评价技术;加强航天器振动试验数据管理系统建设。     

基于分频段加权的加速振动试验方法

振动环境工程研究现行采用的加速试验方法中,都只考虑了加速因子与频率无关这种情形,这不仅提高了试验设备的推力要求,也增加了位移指标要求。文章提出了一种分频段加权的加速振动试验方法,即通过对低频段加速因子的权重的优化设计,实现较小的位移指标要求,且疲劳损伤累积等效。给出了基于Dirlik方法和TB方法疲劳损伤等效的加速试验设计方法和工程实现流程。针对该方法开展了应用实例的计算,结果表明:在疲劳损伤等效的前提下,显著降低了振动台的位移,且推力基本维持不变。     

复合材料整流罩声学等效建模与低频隔声性能研究

运载火箭发射过程中的恶劣噪声环境会导致整流罩内部电子设备失效。开展整流罩的内声场环境预测以及隔声分析,对其降噪研究和优化设计具有重要意义。复合材料整流罩舱壁大量使用蜂窝夹芯板,基于蜂窝夹芯结构精细化模型开展整流罩内声场环境预示计算量大,无法适用。本文建立了复合材料蜂窝夹芯板的力/声学等效模型,并利用精细化模型验证等效模型的精度;进一步基于有限元-边界元方法对某整流罩结构进行低频声振分析;同时,对整流罩的隔声量进行了评价。结果表明:整流罩内声场在频率为160 Hz附近声学环境较为恶劣,整流罩的降噪研究应针对该频段进行。     

不锈钢和钛合金攻丝方法研究

针对不锈钢和钛合金材料在攻丝时的难题,如何在实际加工中选取合理的攻丝条件.我们首先分析两种材料的加工特性,又从丝锥材料、切削速度、切削液三方面说明了对不锈钢和钛合金材料攻丝加工时的影响和选取方法.     

不锈钢和钛合金攻丝方法研究

针对不锈钢和钛合金材料在攻丝时的难题，如何在实际加工中选取合理的攻丝条件。我们首先分析两种材料的加工特性，又从丝锥材料、切削速度、切削液三方面说明了对不锈钢和钛合金材料攻丝加工时的影响和选取方法。     

典型海上热发射动力学效应及影响因素分析

考虑海上发射环境特殊性,分析了发射船承受的典型海浪以及风环境,针对陆基发射时运载火箭直接坐落在发射台上的裸箭热发射方式,分析了该支撑形式在海上动态环境下的射前稳定性,获得海上裸箭热发射方式的承受晃动极限。为解决陆基热发射支撑方式不满足三级海况发射稳定性的问题,提出运载火箭的框架式扶稳措施,通过框架内的柔性支撑保证运载火箭的射前稳定性。构建由火箭、等效甲板、导向框架、导轨、柔性支撑、发射台等组成的发射系统动力学仿真模型,开展复杂海况条件下的发射动力学分析,获得了框架式热发射方式在典型海况条件下,不同因素对火箭出框过程飞行姿态、安全间隙等影响规律,可为运载火箭框架式热发射的海上动基座发射动力学安全性评估提供技术支撑,并用于框架式热发射方式的海上动基座环境适应性的综合评价。     

燃气发生器固定连接结构可靠性改进设计

为满足某火箭发动机燃气发生器固定连接结构长期贮存和长时间高温环境下可靠工作的要求,在保证原固定连接结构形式不变的前提条件下提出了改进设计方案。新的方案采用不锈耐酸钢和高温合金钢替换原普通碳钢,同时采用了新的焊接工艺方法。为了验证新卡箍连接强度和动态特性,进行了模态分析和动应力/动应变理论计算、强度破坏和振动试验。最后通过地面热试车和飞行试验对改进设计方案进行了验证,结果表明新的卡箍提高了结构连接可靠性,完全满足发动机使用要求。     

Comparison of the rocket engines efficiency in the case of low thrust orbit-to-orbit transfers

The main task of this paper is to compare two types of low thrust rocket engines: constant thrust vs. variable-thrust engines. We will be concerned with efficiency, where efficiency is evaluated in the case of the orbit-to-orbit transfer with maximum payload mass in the central Newtonian gravity field. The launch mass of the space vehicle is supposed to be fixed. The traditional solution is the decomposition of the problem into parametric and dynamical parts. The corresponding variational problems differ for two rocket thruster types under consideration. We propose change of variables, which makes it possible to reduce averaged equations of optimal motion of a spacecraft with the mentioned engines to the unified form. Using this unified form comparison of the performance of constant- and variable-thrust engines is conducted.     

固体火箭发动机模态分析的缩聚方法

对于一些复杂结构的模态分析，要得到能够指导工程设计的结果，几何模型和力学模型划分单元必须足够多，这必然耗费大量的空间和时间资源，并导致计算困难。文中以某上面级固体火箭发动机模态分析为例，利用有限元法、固定界面法和Guyan缩聚法进行自由度缩聚后再进行模态分析，分析结果令人满意。     

液体火箭发动机健康监控技术研究现状

液体火箭发动机健康监控技术是改进和提高运载火箭、航天器可靠性与安全性的核心技术之一,对其进行研究具有重要的学术价值和工程应用价值。液体火箭发动机健康监控技术的研究主要包括液体火箭发动机故障检测与诊断理论方法、液体火箭发动机健康监控系统两方面。该文介绍了基于模型驱动的方法、基于数据驱动的方法和基于人工智能的方法,阐明了液体火箭发动机故障检测与诊断理论方法的研究现状,通过对美国液体火箭发动机典型健康监控系统的介绍,阐明了液体火箭发动机健康监控系统研究的若干进展及现状,并对液体火箭推进系统健康监控技术的演变趋势作了简要评述。     

大推力液体火箭发动机推力调节技术综述（英文）

Throttling of large-thrust liquid rocket engines, which can improve mission adaptability of a carrier rocket, reduce risk and facilitate rocket recovery, is a key technology for current and future space development. This paper summarizes the state of the art and trends of throttling technology for large-thrust liquid rocket engines at home and abroad. According to the working principles of propulsion for rocket engines, throttling the propellant flow rate is a major way of adjusting thrust, and regulation devices along with adjustable injectors are primary measures of throttling propellant flow rates. This paper clarifies the working principles of typical regulation devices and adjustable injectors, introduces the regulation schemes of typical large-thrust engines such as YF-100, RD-170, and SSME, and summarizes the main characteristics of current throttleable large-thrust engines. Finally, critical technologies and development trends of throttling are discussed, including combustion stability and reliable cooling of thrust chambers at low thrust levels, turbopump stability, and stable regulation and precise control in a wide range of operating conditions.     

可编程控制器(PLC)在发动机冷调试验中的应用

为满足各型号发动机对冷调试验的设计要求,利用可编程控制器准确的时序控制,在水试状态下考核发动机流量调节器、换向阀、发生器燃料阀的工作协调性。验证调节器转级时发生器点火路和推力室点火路的充填特性,获得了流量调节器和换向阀的工作特性参数。为各型号发动机的深入研究提供了有效的依据。     

Numerical Simulation of Impact Loading on Solid Propellant Within an Orthotropic Shell

The strain–stress state of the solid propellant rocket engines (SPREs) is simulated under impact. The effect of orientation of elastic and strength properties of orthotropic organoplastic shell material on the strain–stress state of the solid propellant is investigated. Normal and oblique impact of single steel cylinder projectiles, both simultaneous and at different times of multiple, converging steel spheric particles with SPRE are investigated in this study. The investigation is conducted numerically. The numerical modeling was carried out in a three-dimensional formulation by the method of finite elements for the continuous approach of the mechanics of a deformable solid. The destruction of the anisotropic material is described by the tensor-polynomial criterion of the fourth degree, which takes into account the influence of hydrostatic pressure.     

多相流环境下绝热材料烧蚀试验方法研究

为深入了解高温多相流环境中绝热材料烧蚀规律，以氧-煤油烧蚀试验系统为基础，采用氧化硼(B2O3)粉末为添加粒子，发展了一种用于绝热材料烧蚀性能测试的新方法，并进行了验证测试。结果表明：氧-煤油烧蚀试验系统的温度为500~2700 K，射流速度为200~1500 m/s，可通过调整燃烧室压力、烧蚀距离和粒子浓度等参数适应各种烧蚀工况；B2O3颗粒在高温射流中发生熔化、蒸发等相变，可用于模拟火箭发动机中的凝聚相粒子；验证试验中绝热材料的烧蚀率和烧蚀规律与其他多相流烧蚀试验结果相近。结果证明该装置可用于开展多相流环境下绝热材料烧蚀试验研究。