高压射流冲击对贮箱结构的影响分析

为提升新一代运载火箭燃料贮箱多余物防控水平,拟采用高压射流的方式对贮箱内壁进行自动清洗。针对射流清洗时贮箱结构的安全可靠性问题,本文采用理论模拟仿真和试验测量相结合的方法,研究了射流冲击作用下贮箱壁面的载荷、应力和位移分布,分析了不同射流冲击载荷对运载火箭贮箱结构的影响,避免因射流冲击过大导致贮箱壁面损伤,为开展贮箱多余物高压射流自动清理奠定了基础。     

运载火箭贮箱流固耦合分析方法综述

主要介绍了流固耦合的一些基本概念和分类。针对运载火箭贮箱流固耦合问题,介绍了几种分析方法:包括广泛用于运载火箭贮箱流固耦合分析应用的解析法、线性有限元法和有限元-边界元混合法,用于类似问题分析的模态综合法,以及当前常见且可以用于运载火箭贮箱流固耦合分析的FEM-CFD耦合法、半数值半解析法、非线性瞬态响应法,总结了各种方法的特点和适用性,并提出了运载火箭贮箱流固耦合分析需要进一步研究的一些方向。     

贮箱低温试验液位监测方法研究及应用

贮箱低温静力试验加注过程中低温介质液位测量关系加注进度和增压气枕大小,本文通过调研分析各种常规低温液位测量方法可行性,同时对某绝热状态下贮箱液氮低温试验的温度和液位数据进行一致性对比分析,给出了基于温度—液位对应关系,通过测量沿贮箱外壁母线通长布置的若干个温度测点的温度并根据温度突变下降特征来监测箱内液位的方法,并给出了该方法在不绝热贮箱液氮低温试验和绝热贮箱液氢低温试验中的应用,并说明了应用该方法存在的问题和辅助措施,为今后低温静力试验液位监测提供了借鉴。     

火箭贮箱液体晃动等效模型参数的数值仿真方法

基于有限体积VOF方法以及势流体有限单元优势,提出了一种火箭贮箱液体晃动等效模型参数快速而精确的数值计算方法,并用具有解析解的圆柱贮箱模型对该方法的准确性进行了全面的验证。由于该方法不受贮箱外形和内部装置的限制,可用于任意贮箱液体晃动的研究。     

圆柱形贮箱中的液体有效转动惯量及其实验研究

液体有效转动惯量是分析大型液体火箭的运动和动力特性的一个主要参数。本文用解拉普拉斯方程,求解了典型的两端平底、充满液体的圆柱贮箱的液体转动惯量有效系数K_I。并用游丝扭簧实验装置作了实测、实验与分析相当一致。对两种不同布置的椭球底贮箱,给出了实验结果,表明相似性良好,为工程应用提供一种模型件的实测方法,并指出具体实际装有挡板的贮箱结构,液体有效转动惯量,应通过实验研究来解决。     

牵制释放过程中火箭液体推进剂的建模研究

为进行牵制释放过程中火箭贮箱的承载分析,采用各向同性的固体材料模拟液体推进剂。论述了材料特性的选取依据,使用有限元程序NASTRAN对比分析了火箭充液贮箱的三种不同模型的模态,静态过载分析表明所采用的固体模型具有液体的相似属性,对比了在牵制过程贮箱几种模型的动力学响应曲线,并得出了贮箱在释放过程的承载曲线。证明了推进剂模型的有效性和合理性,解决了牵制释放过程中贮箱的承载分析问题。     

液体运载火箭充液贮箱箱底纵向刚度数值求解

基于弹簧—质量简化模型进行液体运载火箭充液贮箱纵向结构动力学建模分析时,需要考虑贮箱箱底的刚度影响,Larry D.Pinson基于线性薄膜理论推导了充液贮箱椭球箱底的纵向刚度模型,本文基于有限元方法进行了贮箱箱底刚度的数值求解,计算结果与文献方法进行了比较,计算结果一致,同时数值求解方法可以较好地解决厚度不均匀以及异型的贮箱箱底的刚度求解。     

贮箱意外的失稳及其预防方法

对薄壳贮箱来说,“负压”是一种危险的载荷。现用绝大多数贮箱,承受负压能力低于0.5大气压。在产品使用过程中,多次发生贮箱突然失稳现象。几乎全部贮箱破坏性事故都是由于负压失稳造成的。本文分析几种意外负压发生机理,说明预防方法,供今后设计使用时参考。     

微重力条件下部分充液贮箱中流体动力学行为的三维计算

简要介绍一个用于常重及微重力环境条件下，计算充液贮箱中非定常流体动力学行为的三维程序，该程序具有多种选择，提供了一个广泛应用的可能。文中亦给出了对充液４０％模型贮箱中非定常流体动力学行为的计算结果，计算是在ＣＲＡＹ－ＸＰ超高速计算机上完成的。     

航天器发动机再启动的微重力基础研究

介绍了发动机再启动问题的工程应用背景，阐述了涉及发动机再启动的微重力基础研究，范畴。在微重力条件下，正确考虑外界干扰载荷对贮箱中流体动力学行为的影响是至关重要的。给出了用三维程序计算的一些结果。     

虚拟质量法在运载火箭模态分析中的应用

针对液体燃料对火箭结构的模态影响,提出采用虚拟质量法进行模态分析。首先建立了一个贮箱模型,分析了液体对结构模态的影响;然后利用该方法对一个带有液体推进剂的助推器进行了模态分析,并与集中质量法计算结果进行了比较。计算结果显示,采用虚拟质量法计算时由于液体的存在结构的频率会降低,而且虚拟质量法和集中质量法在模拟液体推进剂对结构横向一阶频率的影响时有较好的一致性,结果证明虚拟质量法作为一种模态分析方法可以为设计人员提供参考。     

引射器和TPS校准及试验研究

介绍了中国航空工业空气动力研究院(CARLA)飞行器动力模拟器校准箱系统的基本结构和组成、校准箱测控系统、试验方法和数据处理方法,给出了引射式动力模拟器和TPS在校准箱中首次试验的结果和讨论.结果表明,CARIA校准箱是先进的飞行器动力模拟器校准设备,可以满足对动力模拟器推力和质量流量的精确校准.     

连续式跨声速风洞降温系统液氮存储装置的设计与调试

低温运行是提高风洞实验雷诺数的有效途径。采用喷洒液氮的方式,NF-6风洞建成了国内第一套适用于连续式跨声速风洞的降温系统。介绍了NF-6风洞降温系统的总体方案和主要技术指标,重点介绍其液氮存储装置的结构和技术原理,给出了静态和通气运行调试结果。测试结果表明:提出的液氮需求量计算方法正确,为储罐容积估算提供了理论依据;液氮存储装置设计合理,液氮加注通畅平稳,自增压系统工作正常,绝热性满足低温液氮存储要求;储罐的液氮日蒸发率为0.044%,远低于设计指标;液氮存储装置与降温系统整体匹配良好、工作稳定,总温、总压、马赫数以及运行时间等关键指标达到设计要求。     

气动院校准箱工作原理分析及TPS校准目标量的获得方法

介绍了中航气动院发动机模拟器校准设备—校准箱的工作原理,及在校准箱中进行TPS静特性校准的目标量的获得过程;包括校准箱工作原理分析、TPS校准的目标量、校准目标量的计算、校准目标量在风洞试验中的应用等几部分。     

单流和双流模式对燃油箱冲洗惰化过程影响

在简要描述燃油箱冲洗惰化工作过程的基础上,根据质量守恒方程,氧氮溶解逸出方程及气体通过孔口流动方程,建立了通用的多隔仓燃油箱数学模型,并给出了采用龙格库塔法求解的初始条件。选择一个具有4个隔仓燃油箱作为研究对象,并采用国产分离膜产生富氮气体,分别设计了单流和双流两种模式,对燃油箱进行冲洗惰化仿真计算,分析了燃油箱平均氧浓度和各个隔仓中氧浓度随飞行包线的变化关系。研究结果显示,两种模式均可以保证燃油箱上部气相空间平均氧浓度满足低于12%的要求。虽然单流模式较双流模式简单,但是单流模式中无法避免外界空气进入燃油箱,因此某些隔仓在俯冲下降阶段氧浓度会高于12%,而双流模式可在整个飞行阶段保证隔仓氧浓度不超标。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

不同类型惰气对飞机燃油箱可燃性影响理论研究

以低温可控耗氧型催化惰化技术为背景,采用微元计算法,建立了使用混合惰气的油箱气相空间平衡氧浓度数学模型。在考虑燃油温度、载油率、气体组分等因素的情况下,通过模型计算了平衡氧浓度随高度的变化关系,同时与使用富氮气体的油箱进行了对比。研究结果表明:在地面采用混合惰气惰化油箱后,平衡氧浓度随着飞行高度增加而降低,而采用富氮气体惰化的油箱则完全相反。油箱载油率越大,气相空间氧浓度变化幅度越大。燃油温度增加,对采用混合惰气的油箱不利,但是对采用富氮气体的油箱有利。总体而言,使用混合惰气惰化油箱可有效抑制油箱气相空间可燃性随飞行高度而增加的不利趋势,该研究结果可为混合惰气地面惰化和预洗涤技术提供理论基础。     

复合材料叠层结构孔口附近应力分析方法研究

本文在总结前人对复合材料结构开口的应力集中研究的基础上,根据孔口附近应力场的特点,提出了一种适于工程应用的复合材料叠层结构开口附近应力分析的有限元改进算法。由于应力计算精度的改进仅在孔边、拐角等高应力梯度区域局部进行,且改进后的单元能进一步精确描述应力集中区的应力场。因而,使用该方法计算孔边应力,用较少的单元就能得到满意的精度,大大减少了计算费用和时间。 文中选择了一些有代表性的考题验证了该方法的有效性。并着重研究了带有圆角矩形孔的复合材料层板结构的孔边应力分布,给出应力集中系数随圆角半径的变化规律、孔边加强对应力集中的改善以及±45°纤维铺层比例对孔边应力分布的影响,得到了一些对工程部件开口设计有用的数据资料。     

发动机机匣低循环疲劳寿命的预测

本文介绍了一种基于局部应力应变法的发动机机匣低循环疲劳寿命预测方法。文中提出了确定机匣载荷谱的建议,论述了在多向应力状态下应如何确定等效应变,使在单向应力状态下确定的应变幅-疲劳寿命曲线可适用于多向应力状态。根据飞行的特点,提出了确定发动机机匣可靠性寿命的计算方法,最后通过实例,证明了所介绍的方法具有较好的精度。本方法比较简便,是一种很有前途的预测法。