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。     

CZ-5大型结构及低温贮箱静强度试验技术研究

CZ-5新一代运载火箭结构静强度试验的特点是高载荷大尺寸、捆绑载荷、低温贮箱。本文介绍了型号研制过程中静强度试验领域关键技术,主要包括:地基平衡和自平衡相结合的承力系统及高载荷大尺寸结构静力试验方法;大型贮箱低温应变计粘贴工艺研究和低温静力试验测试技术;以及设计一套开放式的超低温(-196°C、)环境下焊接试片拉伸试验及全场数据分析系统,并获得了低温贮箱焊接试片的焊缝区、熔合区、母材区域的低温力学性能。为新一代大运载火箭结构静强度试验提供技术支撑。     

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。     

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。     

上面级液体悬挂贮箱动力学建模方法研究

提出一种适用于上面级液体悬挂贮箱的建模原则、建模方法,并针对不同建模方法给出静力和模态计算值对比。由分析可知"贮箱柱段壳+贮箱球底梁+液体质量点"的组合建模方法,可较好模拟贮箱柱段/贮箱法兰/主结构支架间的连接刚度。具有频率计算值与试验值较为接近、计算耗时较小等优点,有利于提高贮箱局部纵向模态建模精度。     

低温液体火箭发动机高压静密封有限元分析

以某型号液体火箭发动机的推力室燃料阀出口法兰静密封结构为研究对象,针对法兰连接结构特点,运用有限元方法建立了管路-阀门-推力室模型,通过热-结构耦合计算分析表明:在温度和压力的共同作用下,推力室燃料阀出口法兰变形导致密封面微小分离,造成垫片局部压紧应力大幅减小,可能引起推进剂泄漏并起火。在通过上述分析定位泄漏原因并预测泄漏率之后,又建立了参数化的螺栓-法兰-垫片密封性分析局部模型,基于柔性石墨垫片的基本性能试验数据,计算分析了垫片厚度、螺栓预紧力等结构因素对静密封性能的影响,理论上验证了增加预紧力,增厚密封垫片等密封改进措施的有效性。     

运载火箭贮箱的消旋试验

本文讨论运载火箭双出口贮箱的消旋问题,提出了十字分隔板和圆板消旋器,并通过大模型试验确定其结构尺寸。试验中引入液面波高相似参数,以模拟液体晃动和增压气流对液面冲击的效应。贮箱液体剩余量测量采用称重法,其精度比液位观测法有明显提高。     

拧紧力矩对典型管接头密封带宽度影响研究

基于有限元分析软件 Abaqus/Standard,本文建立弹箭体上一种典型管接头的轴对称模型.计算通径为2mm 的管接头在4~16N·m 拧紧力矩作用下密封带宽度.为了验证计算结果的有效性,采用显微镜测量2件管接头在相同拧紧力矩范围内密封带宽度.结果表明密封带宽度的仿真计算和试验结果能较好吻合.此外,本文建立管接头拧紧力矩与密封带之间关系,为工程中管接头拧紧力矩的确定提供理论依据     

低温下2219铝合金贮箱焊接缺陷的试验与仿真分析

本文结合材料试验和断裂力学数值仿真,研究了运载火箭贮箱低温下材料及焊缝缺陷对贮箱极限承载能力的影响.通过低温光测试验获取了贮箱材料2219铝合金的弹塑性本构参数,研究了该材料从4K到300K温度环境下的断裂韧性变化,发现2219铝合金在4K下仍保持较高的断裂韧性.结合77K温度下贮箱的强度破坏试验,建立了贮箱热力耦合数...     

火箭液体推进剂防晃实验研究

运载火箭的贮箱中的液体推进剂晃动所引起的动力不稳定性是运载火箭设计中的重要问题,利用防晃挡板抑制液体晃动是克服动力不稳定性的有效手段。本文用实验方法研究了半圆形和环形防晃挡板的防晃阻尼效果,给出了不同的挡板尺寸和间距情况下的液体晃动阻尼和液位的关系,其结果可供型号设计使用。文中还研究了防晃挡板的柔性等因素对晃动阻尼的影响。     

螺纹结构力矩及其衰退机理分析

阐述了得出螺栓拧紧力矩的方法,结合预紧力和预紧力矩之间的关系,给出其理论方程和实验方程,分析了预紧力、螺纹摩擦转矩和螺母支承面摩擦转矩三者的分配情况。以此为基础,从结构变形与应力释放、材料表面摩擦力变化等方面对力矩衰退的原因进行了初步分析,并提出设定拧紧力矩安全系数和定期校核拧紧的措施,供螺纹结构设计及其使用维护参考。     

等边三角形网格加筋壳轴压承载研究

随着新一代中型运载火箭研制的开展,贮箱焊接筒段的精细化设计成为结构减重、火箭提高运载能力的关键。对比分析国内外主要液体火箭贮箱筒段的不同网格加筋形式,发现三角形网格对轴压承载有着显著优势。随即对三角形网格加筋金属壳体的轴压承载能力展开算法分析、有限元计算和全尺寸级破坏试验的研究,最终验证等刚度铺层计算方法正确可行。理论分析和试验结果均表明,相比传统的斜置正交网格形式,三角形网格拥有更高的结构效率。按照结构最优原则设计的等重量三角形网格圆筒的轴压承载能力高出斜置正交网格15.3%左右。采用三角形网格加筋可有效减轻贮箱结构的重量。     

俯仰运动矩形贮箱中液体的非线性晃动

首先针对俯仰运动贮箱中液体的晃动提出了变分原理和新一类Lagrange函数,以此为基础可以解析方式来研究俯仰运动贮箱中液体有限幅值晃动。以无挡板开口二维、刚性短形贮箱为例,研究了其中液体的有限幅值晃动。单就液体波动幅值而言,在一定激励频率范围内,理论计算值与实验结果具有很好的一致性。     

爆炸螺栓冲击载荷作用下的捕获系统力学性能研究

本文对爆炸螺栓冲击载荷作用下的捕获系统(包含捕获器、预紧螺栓)进行强刚度分析,研究捕获系统在不同预紧力矩/同一冲击载荷作用下的力学响应。结果表明,捕获系统在冲击载荷作用下,预紧螺栓、捕获器的力学性能响应随着拧紧力矩的变化而变化,在相同冲击载荷作用下,40N·m拧紧力矩下的捕获器冲击受力面的变形量比0N·m拧紧力矩要小,同时40N·m拧紧力矩下的预紧螺栓和捕获器根部应力水平也较0N·m拧紧力矩有所降低,局部区域已达到塑性变形,存在断裂风险。此次分析研究为后续结构优化提供一定的数据支撑,该技术成果可直接应用于火工品连接—分离结构系统,具有广泛应用价值。     

一种基于量化力矩的静密封面缺陷补偿方法

在某次阀门静密封连接处漏气问题归零过程中,提出了一种基于量化力矩方法,用来弥补静密封面缺陷,以提高产品的静密封可靠性。     

典型冲击载荷下螺栓法兰连接结构失效模拟

基于某含剪力锥销螺栓法兰连接结构,通过模型简化,建立三维有限元模型。模拟了螺栓预紧力加载过程,倾覆力矩和纯剪切两种瞬态载荷下连接结构的失效过程。得到连接结构的失效规律以及在不同载荷下螺栓的失效模式。分析了影响结构失效的因素,并定性给出了提高结构强度的建议。为螺栓法兰连接结构动力学应用设计提供参考。     

检验液体晃动等效力学模型的两种试验方法

一、引言推进剂晃动是大型液体火箭稳定系统设计的一个基本因素。通常采用便于稳定分析的“弹簧——质量”等效力学模型来研究贮箱中液体运动对火箭的影响。等效力学模型的基本思想是:只保持由液体运动引起的、作用在贮箱上的总力、总力矩和动特性一致,不考虑液体运动特点和作用在贮箱上的压力分布。由于等效力学模型是在理想液体、无挡板、小扰动     

液体运载火箭纵向振动结构动力学模型应用研究

在液体运载火箭结构动力学工程研制设计中,为了进行POGO分析和星箭耦合载荷仿真预示,一般需要进行运载火箭纵向结构动力学模型的建立及其纵向动力学特性计算,建模过程中重点关注环节是加注液体推进剂的贮箱的简化建模,为了克服MSC.Nastran虚质量法计算耗时长的劣势和单质量块简化模型高阶频率计算精度较差的缺点,基于文献方法进行了多质量块简化模型的推导和建立,通过算例表明,采用多质量块简化模型在保证计算精度的同时,可以大大提高计算效率。     

基于ANSYS的机架结构的优化设计

利用ANSYS有限元软件对某预研型号运载火箭上面级发动机用机架的结构进行了优化设计,建立了参数化模型,运用零阶和一阶优化方法得出最优解,并对最优解进行了结构强度和稳定性校核。经过优化设计,使得机架的结构质量大大减轻,优化效果明显。     

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。