固体火箭发动机前、后翼药柱三维有限元分析

应用PRO／ENGINEER、I－DEAS软件构造药柱三维几何模型，利用视算技术和方法对药柱几何模型进行处理，建立药柱三维有限元模型，对药柱受固化降温、轴向飞行过载、工作内压载荷作用下的应力应变及位移完成了三维线弹性有限元分析计算，进行了图形后处理，得到了合理的结果。为大型固体火箭发动机药柱结构完整性分析提供了更为准确合理的理论依据。     

基于ANSYS的复合固体推进剂力学响应分析

在点火瞬态过程中的内压载荷与轴向过载作用下,对固体推进剂药柱进行了三维线性粘弹性有限元分析。通过软件参数化设计语言编程实现不同的轴向过载与改变药柱的局部结构,分别计算了药柱在点火瞬态过程中的应力、应变及位移场,并讨论了以上因素对药柱结构完整性的影响,为药柱的结构可靠性分析与寿命预估提供了一定的参考。     

燃烧固体药柱内腔表面的典型裂纹及其力学行为

根据燃烧环境中高装填固体推进剂药柱内应力的分布特征,提出了药柱内腔表面的两种典型裂纹, 即横向表面裂纹和纵向表面裂纹, 并分别采用方坯药柱和圆盘药柱表面预制的裂纹进行了模拟。比较燃气作用下两种药柱的有限元分析结果, 明确了挤裂模式对于燃烧环境中固体药柱表面裂纹问题的适用性。这些结论与实验观测现象非常吻合, 对实际发动机工作环境中固体药柱表面裂纹的力学行为预示和故障分析有着重要的指导意义。     

药柱结构对其抗轴向过载能力的影响

采用三维线性粘弹性模型,对构造的8个药柱模型分别进行有限元计算,得出了药柱在轴向过载作用下的变形结果,指出了药柱内危险部位的位置,分析了半径、长径比、翼槽结构对药柱位移、应力、应变场的影响,得到了轴向过载作用下缩比发动机药柱间变形的比例关系,为离心试验时小尺寸模拟发动机药柱的结构设计提供参考。     

用混合标架法处理药柱尾部人工脱粘滑动边界条件

介绍了采用混合标架法处理药柱尾部人工脱粘滑动边界条件以及对总刚方程进行对称处理求解的方法，用此法对某药柱模型进行了轴向加速度载荷作用下的应力分析，并与有关文献作了比较的分析，证明计算结果更接近实际。     

自由装填包覆药柱点火过程中应力应变分析

自由装填药柱固体火箭发动机在点火过程中容易出现药柱结构完整性破坏,本文围绕该问题展开研究。利用有限元方法分析了自由装填星孔装药内外压差作用下药柱应力应变,同时分析了包覆层的弹性模量及推进剂泊松比对应力应变的影响。结果表明,应力应变值随着压差的增大直线上升,另外包覆层的弹性模量及药柱的泊松比对应力应变值影响很大,包覆层弹性模量越大,药柱应力越小,药柱泊松比越大,药柱应力越小。为减小应力应变,一方面可以通过发动机结构设计以减小内外压差,另一方面可以选择较高弹性模量的包覆层和高泊松比的推进剂材料。     

点火发动机点火喷流传播过程分析

点火发动机点火喷流沿药柱通道传播过程是一个非常典型的非稳态流固耦合问题。采用流固耦合模拟方法对点火瞬态药柱通道内的流场以及在流场作用下药柱的结构完整性进行流固耦合分析,确定药柱通道各点压力上升产生的原因以及该过程中装药的应力应变情况。仿真结果表明在点火喷流沿药柱通道传播过程中,将出现超压较大的激波结构,造成装药通道内不同位置处出现程度不同的压力振荡;在激波向尾部传播阶段,药柱的应力传播落后于激波传播;在激波的反射阶段,药柱最大应力位于尾部翼槽底部区域。     

考虑围压效应的NEPE推进剂药柱结构完整性分析

为研究围压效应对NEPE推进剂药柱结构完整性的影响,对包含围压效应的含损伤非线性粘弹性本构模型进行了增量推导,编制本构模型的UMAT子程序对NEPE药柱在点火增压载荷下的力学响应及结构完整性进行了分析。结果显示：围压效应对NEPE推进剂药柱力学响应的影响与损伤应变阈值有关,当药柱的应变响应低于0围压下NEPE推进剂的损伤应变阈值时,围压效应对药柱的力学响应的影响可忽略;当药柱的应变响应高于0围压下NEPE推进剂的损伤应变阈值时,药柱应力响应增大、应变响应降低。5.4MPa围压作用使药柱最大等效应力增加约26%,等效应变降低约12%。围压的压实作用能够大幅降低药柱的损伤程度,5.4MPa的围压作用可降低损伤系数约40%左右。考虑围压效应时采用双剪强度准则和Von Mises应力准则计算得到药柱安全系数分别为3.06和2.11,未考虑围压效应时采用传统的Von Mises应力准则计算得到药柱安全系数为1.97,围压效应可明显提高药柱安全系数,传统的发动机药柱结构完整性评估方法趋于保守。     

温度载荷下的药柱累积损伤分析

为研究温度载荷下的药柱累积损伤规律,应用线性累积损伤理论,建立了固体推进剂热粘弹性累积损伤模型,并根据不同应力水平下的蠕变破坏试验数据,获得了累积损伤的表达式;对药柱进行了热粘弹性有限元计算,得到了药柱危险部位的最大Von Mises应力随温度的变化规律,并讨论了不同贮存温度对药柱累积损伤的影响,最后针对典型海区的不同贮存温度进行了药柱的累积损伤算例分析.结果表明,温度是影响药柱损伤的重要因素,在热应力较大时药柱损伤并不总是较大;温度、应力大小以及作用时间共同决定着药柱的累积损伤.     

用长期贮存定期检测法预测药柱使用寿命

对不同贮存期的某固体火箭发动机所用ＨＴＰＢ药柱进行了大量的力学性能试验,得到了该推进剂有关力学性能随贮存时间的变化规律, 分析了药柱在生产、运输、贮存、勤务处理和点火燃烧等过程的受载状态; 针对最危险的载荷, 对不同贮存期的药柱进行了应力、应变状态的有限元分析。对比不同贮存期推进剂的力学性能, 预示了药柱的使用寿命     

固液发动机固体燃料瞬态退移速率

为了研究固液混合火箭发动机中固体燃料退移速率在发动机工作过程中的变化特性,基于固液混合火箭发动机的工作特点,利用燃烧流动与固体区域传热耦合计算以及动网格技术,建立了固液混合火箭发动机固体燃料瞬态退移速率预示的数值模型,并对某带预燃室、补燃室以及扰流环结构的模型发动机进行了研究。计算结果表明,固体燃料热解表面的温度以及退移速率随着发动机的工作逐渐降低;在同一时刻沿发动机轴线燃料热解表面上各点的退移速率以及温度不同;扰流环可以提高它后面局部区域固体燃料的退移速率以及表面温度。     

舰船摇摆条件下固体火箭发动机舰载寿命预估

为了预估长期远航舰艇的导弹固体火箭发动机舰载寿命,分析了各种海况下舰船摇摆运动对发动机装药形成的载荷;在对发动机装药应力一应变计算的基础上,利用基于耗散能的装药累积损伤理论,提出了在不同海域执行任务的舰载导弹尚体火箭发动机舰载寿命的评估方法.     

不同药型固液火箭发动机性能特点

根据平行层燃烧理论,推导了不同药型燃烧面积和燃烧边界长度随燃去肉厚变化的数学规律;在此基础上,建立了固液火箭发动机系统设计模型,将设计过程转化为数学模型;之后采用遗传算法对不同药型固液火箭发动机进行了优化设计.通过对优化结果的比较和分析,开展了不同药型应用于固液火箭发动机的性能特点及其机理的研究,指出了固液火箭发动机不同于固体火箭发动机的内弹道特性.      

固体火箭发动机多弧形孔装药设计研究

为弥补现有单室双推力固体火箭发动机装药结构的不足,提出一种由一个中心圆孔和多个弧形内孔组成的新型单室双推力多弧形孔装药结构。该结构包含7个可控结构参数。导出了药柱燃烧周长及通气面积随燃烧肉厚变化规律的计算公式;利用火箭发动机设计结构,分析了不同参数下多弧形孔装药结构的内弹道特性;在相同技术要求下,对比了多弧形孔装药和双药型装药结构的内弹道特性参数。设计及计算结果表明,新型多孔装药结构易实现单室双推力的要求,在文中所取算例下,采用多弧形孔装药的导弹相比采用星孔-单孔管型药柱装药的导弹加速时间缩短75%,导弹最高速度提高17%,且导弹速度和推力都更加稳定。多弧形孔装药结构为单室双推力火箭发动机设计提供了一种新的技术途径。     

旋转固体火箭发动机一维内弹道计算

给出了带“锥－柱形”装药的旋转固体火箭发动机的一维内弹道计算方法，其燃速计算采用分析方法，喷管流量采用等熵旋转喷管流的简化方法。所得结果和旋转试车台上实测的实验结果吻合较好，计算和实验表明，“锥－柱形“装药呈现较大速度效应。文中提供了计算方法具有较高预示精度，可推广到其它药型旋转发动机的内弹道计算，对旋转发动机设计具有指导作用。     

固体发动机药柱燃速估算的试验研究

本文叙述了由112mm发动机估算880mm发动机药柱燃速的试验研究.经统计分析,给出了大、小发动机药柱燃速之间的三个关系式,以及相应的估算误差.采用有效燃速可使估算误差t·S_y/(?)(%)减小至1.5%左右.     

固体发动机药柱的裂纹稳定性分析

为了确定固体发动机药柱内表面裂纹在内压与轴向过载联合作用下的稳定性及最大允许裂纹深度，以翼锥药形的固体发动机为例，在危险截面上沿危险方向预设裂纹，采用有限元方法，于裂纹尖端构建奇异二维裂纹元，模拟裂纹扩展，分别计算随着裂纹扩展对应裂纹深度的应力强度因子，由此判断在内压与轴向过载作用下，裂纹只能以滑开方式失稳，最大允许裂纹深度可由临界应力强设因子确定。     

固体推进剂药柱松弛模量随机粘弹性有限元分析

为了研究性能参数的分布对药柱结构完整性的影响，以不可压缩粘弹增量有限元和摄动法为基础，采用局部平均方法对随机场进行离散，发展了一种松弛模量随机粘弹有限元方法，讨论了模量的随机性对结构分析的影响。对药柱进行随机模拟，程序实施简单，计算效率和精度较高。