固体火箭发动机寿命预估方法研究进展

综述了俄、美固体火箭发动机寿命预估的主要方法;梳理了现阶段国内固体火箭发动机寿命预估方法的研究进展,总结了固体火箭发动机寿命预估方法要点("一个判据,两个模型,三个一致"),主要失效模式,药柱、推进剂、粘接界面的失效判据和寿命评估方法;指出了固体火箭发动机寿命预估下一步的工作重点,即在发展固体发动机监检测技术获取寿命评估数据的基础上,研究失效机理、明确失效判据,完善寿命评估模型;之后,从安全使用角度,提出了当前固体火箭发动机寿命预估急需解决的4个问题;最后,对我国固体火箭发动机寿命评估进行了总结和展望。     

固体火箭发动机的环境贮存试验和使用寿命预估方法

本文第一部分简介了固体火箭发动机的贮存和综合环境试验,提出了主要的贮存和环境试验设备,以及主要的测试仪器等。第二部分介绍了固体火箭发动机的使用寿命预估方法。早期采用长期监测计划预估发动机寿命,后来改进为长期使用寿命分析计划预估发动机寿命,该计划包括破坏模式分析、过载试验、破坏概率分布和老化试验四方面的内容。最后得出了几点结论。     

可重复使用液体火箭发动机寿命问题探讨

可重复使用火箭发动机与一次性发动机的核心区别在于其对发动机的使用寿命提出了更高的要求,面向未来航班化航天运输系统的发展目标,寿命问题愈加重要,亟待突破发动机关键部组件的寿命评估难题。综述了寿命问题的研究进展,分析了推力室、涡轮、管路、密封结构等部组件的失效机理与寿命评估方法,总结并展望了相关研究的重点与方向,为可重复使用液体火箭发动机的研制奠定基础。     

基于湿热老化试验的NEPE推进剂贮存寿命预估

用NEPE推进剂进行湿热加速老化试验获得了推进剂在不同湿热老化条件下抗拉强度和弹性模量随老化时间的变化规律,建立了推进剂湿热老化失效物理模型,并提出了将弹性模量作为失效判据预估推进剂贮存寿命的方法。分别用抗拉强度和弹性模量作为失效判据,对推进剂贮存寿命进行估算。结果表明：将弹性模量作为失效判据预估NEPE推进剂贮存寿命的方法可行。     

氢/氧燃烧室的传热特性

再生冷却火箭燃烧室传热特性的预估是高性能火箭发动机设计工作中最重要和最富挑战的任务之一.当发动机要求多次使用和几小时的寿命时,这项工作就显得更有意义。这篇报告总结了 DASA 从那时起直到现在根据他们燃烧室研制计划中得到的有用的数据对热流预估程序进行的不断改进和验证。DASA 传热预估程序现在很适合于室压3～20MPa,推力50～1000kN 的液氢液氧燃烧室的设计。不过,在重复使用运载器的领域及一般趋向于更经济的空间运载器系统设计的新方案中将要求寿命预估更可靠,因此,也需进一步改进传热预估。     

固体火箭发动机使用寿命的预估和"延寿"

介绍了长期使用寿命分析等固体火箭发动机寿命预公的方法。从经济和环保方面考虑，对到期的固体火箭发动机应用采取推进剂回收再利用等措施，对经过评估认为到期后部分失效的发动机，可采用整修措施，更换失效部件，对失效的药柱重新浇铸等，以延长其使用期。     

“东三”卫星远地点发动机的可靠性研究

分析了我国首次研制的地球同步广播通信卫星液体推进剂双组元远地点发动机的主要失效模式，提出了针对失效原因采取的可靠性对策以及阐述对这些对策的考核验证的情况，表明远地点发动机良好地解决了超长任务时间与高性能、高可靠性之间的矛盾。给出了按研制试验中的不等量截尾试验结果评估可靠度的具体方法和结果。     

基于随机阈值的Gauss-Brown失效物理模型的动量轮可靠性评估

动量轮是卫星的关键组件,直接影响卫星的可靠性和寿命.动量轮具有小子样、高可靠性、长寿命和高试验代价等特点,通常无法获得大样本的失效寿命数据,这导致其可靠性评估相当困难.失效物理分析能够从本质上解释产品的失效原因,失效物理试验中的性能退化数据可搭建产品性能和失效的桥梁.鉴于此,从失效物理分析的角度出发,对动量轮这种类型产品提出了一种基于失效物理的评估框架,并针对某型动量轮建立了基于随机阈值的Gauss-Brown失效物理模型,以该模型为基础作了可靠性评估,实例表明,该方法所获得的评估结果符合工程实际.     

基于性能退化数据的可靠性评估

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据，对于高可靠长寿命产品，很难通过寿命试验和加速寿命试验获得失效寿命时间，这种情况下产品的性能退化数据可提供可靠性评估的重要信息。在基于失效数据可靠性评估及性能可靠性评估方法的基础上，提出了基于退化轨迹与基于性能退化量分布两种可靠性评估方法，以对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型，利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数，然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命，最后根据完全寿命试验数据的统计分析方法进行统计分析得到产品可靠性信息。基于性能退化量分布的可靠性评估方法首先计算不同测量时刻产品性能退化量的统计特征，对其进行曲线拟合得到统计特征随时间变化的函数，即性能退化量分布参数，最后利用可靠性与性能退化量分布的关系评估产品的可靠性。本文最后给出了两种可靠性评估方法的应用案例，验证了方法的正确性与有效性。     

基于试验数据对比评估的橡胶堵盖加速寿命研究

为科学获取某型喷管橡胶堵盖的库房贮存薄弱环节和寿命,根据其装配和使用时所受敏感应力为本体的拉伸应力和剪切应力,以及堵盖与喉衬之间的剪切应力的特点,分别设计橡胶堵盖本体材料的哑铃型试样、橡胶-胶粘剂剪切试样、以及硬质泡沫塑料-胶粘剂-结构缠绕制品开展加速寿命试验与评估方法对比研究。研究结果表明,传统的老化动力学模型不能适用于所有材料的评估,对于不同试验件的力学性能测试数据应采取不同的模型进行退化分析;橡胶堵盖随发动机在弹上长期贮存时,本体所受的剪切应力是其失效的主要模式;与喉衬粘接界面相比,橡胶堵盖本体更容易失效。开展验证试验,将橡胶堵盖真实产品等效加速至薄弱环节的寿命评估年限,并进行打开压强试验,从而验证了评估模型和评估方法的有效性。     

固体火箭冲压发动机一体化CAD系统设计

针对固体火箭冲压发动机的特点，研制了固体火箭冲压发动机CAD软件，该软件系统包括了燃气发生器设计、助推补燃室设计、进气道设计、发动机性能计算和飞行弹道的计算。使用该系统可进行固体火箭冲压发动机总体方案论证，预估发动机的主要结构尺寸和发动机的整体性能。本文以一假想的空－空弹用固冲发动机方案设计为例，介绍固冲发动机设计步骤和软件系统的特点。     

某固体推进剂湿热老化模型

通过对常用失效物理模型的分析和总结,结合量子力学理论关于电子产品老化反应速率与环境温、湿度的关系,以推进剂力学性能参数为研究对象,建立了固体推进剂贮存使用寿命的湿热老化模型,并通过试验数据拟合得到具体的经验公式。该模型可作为湿热环境下固体火箭推进剂贮存使用寿命预估的理论依据,也可作为固体火箭发动机剩余寿命计算的参考模型。     

基于证据融合的固体发动机贮存寿命评估方法

固体火箭发动机是高价值、高可靠、长寿命产品,按照经典概率方法评估贮存寿命普遍存在试验数据缺乏的现象.为了解决寿命评价中的小样本问题,充分利用研制过程中的各类贮存信息,本文运用证据理论将发动机各个部件的加速试验、自然贮存试验和专家综合评价等主、客观信息进行融合,分别获得其壳体、药柱和喷管的贮存寿命.在此基础上,建立证据网...     

科技兴安打造国内一流的安全与贮存评估中心——中国航天科技集团公司四院四十二所

中国航天科技集团公司四院四十二所固体推进剂安全与贮存评估中心，为专业从事固体推进剂、火箭发动机、导弹武器及危险化学品安全与贮存性能研究、测试及评估、评价的研究机构。研究领域主要包括固体推进剂危险等级分类、工艺安全性评估、爆炸破坏效应评价、加速老化、寿命预估及延寿等。先后完成了多项总装备部、航天科技集团公司及四院重点研究项目。     

固体火箭发动机卧式贮存状态界面应力数值分析

根据推进剂的材料特性及受载,用线粘弹性理论在ANSYS有限元软件中建立了某长期无翻转卧式贮存固体火箭发动机燃烧室筒段的有限元模型。计算了实际贮存、真空和高压三种典型状态下危险部位的界面应力。该方法对发动机的免维修和寿命预估有一定的参考价值。     

液体火箭发动机推力室喉部结构热疲劳寿命预估研究

为了准确预估液体火箭发动机推力室喉部结构的热疲劳寿命,采用热-力耦合方法对推力室喉部结构在整个循环加载过程中的变形进行数值模拟。以最危险的温度最高和变形最大处为考察点,在多次循环载荷下,综合运用循环疲劳和准静态疲劳理论,对数值计算结果进行分析,预估了结构的热疲劳寿命。研究表明:单次循环下,喉部结构寿命预估值最小,偏保守和安全,因而推荐工程设计和工程应用最优先参考。     

宇航用球栅阵列器件装联可靠性评价方法初探

针对球栅阵列(BGA)器件装联可靠性问题多发的现状,对常见宇航用BGA器件的结构及可靠性问题进行分析总结,并提出了一种基于失效物理的宇航用BGA器件装联工艺可靠性评价思路。通过案例分析,结合构成器件的元件和材料的典型特性,获得BGA器件常见失效模式及失效机理;并针对典型失效模式及机理选取疲劳寿命模型进行建模及仿真,依据Coffin-Manson的疲劳失效物理模型及其修正模型,得到工作寿命和试验寿命的预估结果;结合现有检测手段,综合考虑寿命预估结果,提出装联工艺可靠性评价试验项目,建立可靠性考核试验流程;基于国内外现有标准判据确定参考依据,综合考虑不同型号及应用环境的工作应力差别,提出BGA器件的可靠性分级评价量化准则。     

固体火箭发动机药柱可靠性及寿命预估研究

以某型号固体火箭发动机推进剂力学性能随贮存时间变化引起药柱点火工作瞬时结构可靠性降低为衡量指标,预估了发动机寿命。首先研究了发动机自然贮存2、4、12、14、16 a后推进剂的力学性能参数及其分布规律,然后用随机有限元法分析了发动机点火过程中的应力、应变的统计分布,并用应力-强度干涉模型计算了贮存不同时期药柱的点火瞬时可靠性,以此为依据确定了发动机可靠寿命。研究结果表明,该型号发动机以0.97为可靠性下限的寿命约为15 a。     

液体火箭发动机性能可靠性的随机仿真方法

分析了影响液体火箭发动机性能可靠性的随机扰动来源,提出了一种基于随机仿真的发动机性能可靠性的预估方法,并以某型号液氧/煤油补燃循环上面级发动机为研究对象,采用随机仿真方法对该发动机的性能可靠性进行计算,获得了该发动机主要性能参数的分布规律和在给定偏差范围内主要性能参数的可靠性。     

固体发动机推进剂燃速预估研究

介绍了用随机小尺寸试验发动机平均燃速预估全尺寸发动机燃速的方法，讨论了全尺寸发动机燃速预估精度及其影响因素，并通过实例指出提高全尺寸发动机燃速预估精度的主要途径。