固体火箭发动机药柱结构完整性研究进展

从推进剂及粘接界面力学性能、推进剂及粘接界面失效、发动机药柱及推进剂数值仿真方法、发动机药柱结构试验技术四方面，对药柱结构完整性发展现状进行了全方位多角度的评述，分析了目前固体发动机药柱结构完整性研究所面临的挑战，指出未来应重点发展推进剂和粘接界面力学特性及失效的多尺度表征和测试方法、先进数值仿真方法和发动机药柱结构试验技术，以及开发药柱结构完整性评估一体化平台。     

一种自由装填式组合药柱的低温三维结构完整性分析

为分析自由装填式复杂组合药柱在低温多次出现点火爆炸的原因,采用基于Updated Lagrangian方法的三维热粘弹性大变形增量本构关系,对组合药柱的结构完整性进行了计算。为分析瞬态温度场以及热应力应变分布,采用基于时温等效原理和热流变简单材料假设的有限元模型,得到了危险点位置,并比较了在不同贮存温度下组合药柱的结构完整性。结果表明,药柱结构的不合理性是导致低温贮存条件下组合药柱发生结构完整性破坏的主要原因。     

某发动机药柱掉块对其结构完整性的影响

针对发动机药柱掉块的现象,进行了发动机的结构完整性分析。基于三维粘弹性有限元分析方法,以某含伞盘药型的固体导弹发动机为例,建立了不同位置、不同大小掉块的有限元计算模型,计算了发动机药柱在内压与轴向过载联合作用下的Von Mises应变场,得到了发动机药柱掉块对其结构完整性的影响情况,其中影响最大的是药柱飞边掉块,而前后翼锥处掉块对其结构完整性几乎没有影响。文中方法和结论为固体导弹发动机的使用和判废提供了技术支持。     

三维粘弹性药柱随机性能初步分析

针对固体火箭发动机药柱结构分析中随机因素的影响,以不可压缩粘弹增量有限元和随机有限元为基础,采用局部平均方法对随机场进行离散,推导了三维随机粘弹有限元方法,并编写了随机有限元程序,与Monte-Carlo方法计算结果进行了对比。对三维药柱进行了泊松比、材料模量及结构相关模型等随机参数影响的对比分析,所得结果为进一步药柱结构随机分析奠定了基础。     

胶接法修补固体发动机药柱裂纹技术

使用胶粘剂对固体发动机药柱裂纹实施修补,通过单向拉伸试验测定修补区域药柱的力学性能来验证修补的有效性,并使用高温加速老化预测药柱修补区域的贮存寿命;进行了发动机药柱结构完整性分析,比照试验数据和理论计算结果,证明胶接法可对发动机药柱裂纹实施有效修补。     

固体火箭发动机粘弹性药柱结构可靠性分析

基于Monte-Carlo粘弹性随机有限元法,分析了药柱结构的可靠度。针对直接Monte Carlo法效率较低的问题,在确定粘弹性有限元的基础上,采用拉丁超立方体抽样(LHS)技术进行随机抽样,以提高计算的收敛速度。考虑泊松比和松弛模量的随机性,结合药柱的破坏判据,研究了工作内压作用下固体火箭发动机药柱结构的可靠度及其变化趋势。算例结果表明,该方法精度高、通用性强,适合于工程应用。     

基于参数化建模的药柱伞盘结构形状优化

锥柱形固体火箭发动机药柱的伞盘结构在低温载荷作用下易产生裂纹,是药柱设计关注的重点部位.为了对伞盘结构进行形状优化,采用有限元软件MSC.Patran的二次开发工具PCL( Patran Command Language),编制参数化建模程序,根据输入参数自动建模计算,并输出计算结果.将整数编码遗传算法与参数化建模方法...     

固体火箭发动机药柱点火过程结构可靠性的响应面法

结合响应面法与数值模拟方法,分析了药柱的结构动态可靠度。针对固体火箭发动机药柱有限元分析计算量大的问题,根据少量的试验点设计响应面,同时采用拉丁超立方(LHS)技术提高抽样效率,考虑药柱材料参数的随机性,引入极小化变换方法,计算了固体火箭发动机药柱结构的动态可靠度。结果表明,该方法精度较高、通用性强,能够满足工程应用的要求。     

挂载飞行温度边界下固体发动机药柱结构响应分析

为了研究机载导弹发动机在挂载飞行温度边界条件下药柱的结构响应特性,针对六角星形装药发动机建立了有限元分析模型,采用线粘弹性本构模型描述固体推进剂的力学响应,计算分析了不同挂载飞行高度和飞行速度条件下发动机药柱的结构响应特性,并结合渐近损伤模型分析了发动机在多次挂载飞行条件下药柱的损伤特性。结果表明,药柱最大等效应变随飞行高度的增大而增大,而挂载飞行速度对药柱结构响应影响相对较小。随挂载飞行次数的增加,药柱产生累积损伤,且损伤值随单次挂载飞行时间和飞行次数的增加而逐渐增大。     

自由装填药柱的结构完整性分析

研究了适用于自由装填药柱应力分析的有限元方法,并对某型号导弹的固体发动机药柱进行了应力分析及结构完整性分析。     

固体推进剂药柱的近似不可压缩粘弹性增量有限元法

固化推进剂的泊松比一般接近于0.5，材料近似于不可压缩，以常用的有限无了法进行结构分析，精度不能保证，本文利用适用于不可压缩材料的粘弹性本构关系，发展了一种粘弹增量有限元法，所需存储窨较少，算例表明即使泊松比为0.5也有较高的计算精度，适用于固体推进剂药柱的结构分析。     

初始气孔率热老化试验研究与应用：预测双基推进剂储存寿命的一种新方法

通过对双基推进剂药柱进行初始气孔率热老化试验研究。探讨了用累积损伤理论和粘弹性分析方法来预测药柱储存寿命的理论基础和应用价值，提出了一种准确，经济，方便的预测药柱储存寿命的新方法。     

固体火箭发动机药柱大变形数值分析

综合考虑固体发动机药柱的近似不可压缩性和几何非线性,基于不可压缩材料的粘弹性本构关系,应用完全拉格朗日(T.L)法的虚功方程,推导了二维粘弹性几何非线性有限元的增量列式,编写了有限元程序并与算例进行了对比,并对星型药柱在受压力载荷作用下的结构进行了分析。结果表明,该方法和程序可用于所有泊松比粘弹性问题的计算,尤其适用于推进剂药柱的应力分析。     

固体火箭发动机药柱随机结构分析及其相关函数研究

利用粘弹性随机有限元法考虑固体推进剂药柱材料的随机性，结构几何形状的随机性以及随机载荷等，研究了复合因素下结构的随机应力场，讨论了不同的相关函数假设对粘弹性随机结构分析的影响。结果表明，同时考虑多种随机因素更多符合实际情况，药柱的随机应力、应变场对相关函数具有不敏感的特性。     

Recent progress in the prediction and analysis of the operation of solid rocket motors

The development of big segmented solid rocket motors during the nineties has been supported by an important progress in science and computational tools.

This progress is largely related to the solution of various technical problems in the design and processing of the propellant grains and their effect on the motor operation. It has been possible because of the enormous increase in the available computing power.

After a review of the main problems encountered (grain-flow coupling, motor trace shape prediction, pressure oscillations, slag deposit etc...) recent developments in modeling are described in two areas related to the analysis and prediction of motors operation. The first development couples the propellant surface burnback and pressure field computations during the whole operation of the motor: real tune geometry, pressure field and local burning rates are calculated in order to achieve a much more precise prediction of the motor trace. Pressure oscillations and instabilities are also predicted.

The second development is related to the influence of the process, through the rheology of the propellant on the combustion of the propellant. Rheology and particle segregation under shear may explain such effects as the so-called hump and knitlines effects. Experimental and modeling work in the field are described.     

适用于固体推进剂药柱应力分析的一种粘弹性有限元法

本文根据Ｈｅｒｒｍａｎｎ变分原理导出一种适用于不可压缩和近似不可压粘弹性的新的本构关系和相应的有限元公式，开发了用于平面问题分析的计算机程序ＶＦＡＰＩＮＰ。计算结果表明，本方法和程序可用于所有泊松比的粘弹性问题的计算，尤其适用于推进剂药柱的应力分析。     

降低NEPE推进剂燃速的途径探讨

通过对NEPE推进剂燃烧表面的热平衡分析，指出了影响推进剂燃速的3个因素：“嘶嘶”区（fizz）的温度梯度、凝聚相反应热和燃面温度，提高了降低NEPE推进剂燃速的可能途径，研究了某些燃速降速剂的作用及其对推进剂能量的影响。用实验证明了降低燃速几个途径的可行性。     

翼柱型装药发动机设计参数的匹配性分析

翼槽内的火焰传播过程对翼柱型固体发动机的点火升压过程有很大的影响。通过模拟试验发动机点火试验获得的翼槽内火焰传播数据,结合翼柱型装药点火升压计算模型,分析了推进剂燃速、点火能量、喷管堵盖打开压强、翼槽部位的初始燃面等设计参数在点火升压过程中的匹配关系。分析方法对不同结构翼柱型装药发动机设计是有用的。     

内窥镜检测方法技术研究

通过对内窥镜检测技术的归纳、分析,并根据液体火箭发动机的结构特点和常见缺陷情况,提出了采用制作、积累缺陷样件,将内窥镜检查技术与计算机技术相结合的方法,实现对发动机内表面缺陷及多余物的定性、测量的实验方案。在试验基础上,对各种内表面缺陷在内窥镜中的形貌特征及判断方法进行了描述,并根据多组试验数据,制作了内窥镜检查的缺陷尺寸对比曲线。同时介绍了该方法在液体火箭发动机各重要零、部、组件上的应用情况。     

硝胺改性双基推进剂燃烧表面结构的研究

运用几种表面分析方法了硝胺改性双基推进剂燃烧前后的表面物化结构。实验结果表明，平台硝胺改性双基推进剂燃烧表面形貌与传统的平台双基推进剂十分相似；燃烧表面金属分布与测试压强和测试深度有关。