基于实测数据的固体火箭发动机粘接界面振动损伤分析

为研究某立贮式固体火箭发动机在海洋值班条件下推进剂/衬层粘接界面的损伤情况,对固体火箭发动机在实际振动载荷与重力耦合作用下的疲劳损伤进行了评估。对监测的发动机振动数据进行了预处理;利用有限元软件先后模拟了发动机固化降温过程和值班振动过程;运用三点雨流循环计数和Miner理论对粘接界面危险点处累积损伤值进行了计算。结果表明,固化降温过程中,药柱两端与人工脱粘层脱开,推进剂/衬层粘接界面剪应力变化过程可由幂函数τ=a·t~b+c表示;以固化降温结果作为原始条件,振动初始时刻粘接界面剪应力发生剧烈变化,约15 s后剪应力稳定变化,最大值点位于界面头部;在某特定海情下连续值班一年时,重力和振动载荷造成的某固体发动机寿命损伤为14.84%。     

内绝热层的炭化厚度和设计厚度计算

根据内绝热层在固体火箭发动机中的作用,对其提出了若干要求;根据内绝热层的烧蚀机理,推导出内绝热层炭优厚度计算公式;根据燃烧室壳体对热防护的要求,给出了确定内绝热层设计厚度的方法。     

固体火箭发动机绝热层粒子侵蚀特性数值模拟研究

针对固体火箭发动机高浓度颗粒流冲刷下的粒子侵蚀绝热层问题，运用Standard k-ε湍流模型和颗粒轨道模型对某型地面模拟过载试验发动机进行三维两相流数值模拟，分析两相流场特性，基于Oka粒子侵蚀模型计算某型EPDM绝热层的粒子侵蚀率，并与7次地面模拟过载试验发动机粒子侵蚀试验结果进行对比。数值结果表明，该粒子侵蚀模型可靠且精度有保证，能够正确预示绝热层粒子侵蚀特性；计算与试验所得的侵蚀率分布范围基本相同，计算所得最大侵蚀率偏大，最小相对误差4.69%,平均相对误差约13.89%;但侵蚀分布特征与试验结果不完全一致，分析认为粒径分布数据与真实值的偏差是侵蚀分布特征存在差异的主要原因。研究结果可用于工程中EPDM绝热层高浓度颗粒冲刷下的粒子侵蚀分析，能够为固体火箭发动机绝热层设计及热防护可靠性研究提供参考。     

耐高温复合材料的主动冷却实验和数值计算研究

高超声速吸气式发动机面临着严重的热防护问题,同时还存在着燃料和冷却剂不匹配的同题,必须使用耐高温材料与主动冷却相结合的冷却策略.针对一种使用陶瓷基耐高温复合材料的主动冷却模式开展了实验和数值研究,该多层材料主动冷却模式结合了主动冷却和耐高温复合材料的优点.基于这种主动冷却模式设计了一种多层材料组成主动冷却实验装置.利用燃气发生器提供的高热流环境对主动冷却实验装置开展了实验研究,并建立了一维非稳态复合结构的传热模型,模拟了不同材料组成的多层复合结构中的非稳态温度场.研究表明:基于C/SiC复合材料的多层材料主动冷却结构在高温高热流环境中的冷却能力较强,可以在使用较少冷却剂的条件下使发动机壳体内部的温度保持在可靠工作的范围内,说明使用基于耐高温复合材料的主动冷却模式是解决高超声速吸气式发动机热防护问题的新途径.     

一种大型固体火箭发动机界面脱粘缺陷的无损检测方法

针对列装部队服役产品现场开展固体火箭发动机燃烧室界面粘接质量无损检测的需求,研制了一种针对大型固体火箭发动机燃烧室推进剂/衬层/绝热层界面脱粘缺陷的无损检测系统。该系统基于机电阻抗频率响应函数方法,由多通道高速数据采集设备、压电主被动传感晶片、激励装置和软件评估系统组成,利用激励装置敲击固体发动机壳体待测结构表面,通过Lab VIEW数据采集程序测得响应信号,根据机电阻抗频响波形特征及波峰数量判断界面脱粘缺陷。当燃烧室绝热层/衬层/推进剂界面结构完好时,频响函数曲线仅有一个明显平滑的主波峰,当燃烧室绝热层/衬层/推进剂界面出现脱粘缺陷时,频响函数曲线的波峰数量增加,呈现明显的锯齿波形状。该方法便捷高效,非常适用于大型固体火箭发动机总装后整体产品燃烧室界面粘接质量的快速野外排查,也可进行长期的燃烧室界面状态健康监测。     

固体火箭发动机燃烧室和喷管热防护安全限设计系统

随着固体推进技术的发展，越来越多的战术导弹采用了单室双推力固体火箭发动机，燃烧室和喷管的受热情况严重，必须对其进行深入研究，以保证发动机可靠工作。文中对此建立了集药柱几何计算、内流场、传热与烧蚀于一体的计算系统，并形成了成熟的软件，对一具体算例进行了绝热结构和烧蚀结构防护层的安全厚度设计，与工程实际应用厚度的比较表明，此系统用于工程中方便可靠。     

Al2O3型碳/陶功能梯度材料烧蚀试验研究

Al2O3型影陶功能梯度材料作为一种新型喷管热防护材料，其具有导热系数较低及良好的隔热性能。在氧乙炔烧蚀试验条件下该材料有很好的耐烧蚀性，但由于发动机内的工作环境更为恶劣，为了更好地反映材料在固体火箭发动机中的烧蚀情况，该研究工作采用了试验发动机进行烧蚀试验。结果表明，试验发动机中获得的烧蚀率数据高于氧乙炔试验数据。文中在试验基础上分析了Al2O3型影陶功能梯度材料在发动机工作条件下的烧蚀性能及导热性能。     

高温热冲击下固体火箭发动机层合结构温度场解析解

对高温热冲击下固体火箭发动机的温度场分布进行了研究.基于固体火箭发动机在高温热冲击下的简化分析模型和控制方程,提出了一种求解连续层合结构热传导的分离变量法,获得了高温热冲击下固体火箭发动机层合结构温度场的解析解.     

非接触式测量点云数据的处理方法

逆向工程已成为新产品开发和设计的重要手段,其应用日益广泛.论文阐述了逆向工程中的数据采集方法,总结了影响测量精度的因素,讨论了非接触式测量点云数据的特征,从噪声去除、数据精简、点云对齐、数据光顺等方面对点云数据处理进行了研究,并提出对应的处理措施加以改善,以便更好地用于三维模型重建.     

固体火箭发动机喷流中电子密度的实验研究

研究如何利用固体火箭发动机工作产生的非均匀等离子体喷流流场,改变飞行器的目标光电特性是导弹等飞行器突防的一个重要课题.对此进行了一些初步的探索性实验,获得了两种不同固体火箭发动机喷流流场电子密度的有关数据,其中双基推进剂约为109cm-3量级,复合推进剂10^10～10^11cm^-3量级.试验表明,将固体火箭发动机作为等离子体发生器是一种行之有效的方法,可以获得需要的电子密度值.     

自由装填式固体火箭发动机药柱低温点火结构完整性分析

利用三维有限元方法,通过热-机耦合,分析一种自由装填式固体火箭发动机药柱从药柱固化降温到低温点火整个过程中发动机的温度场、总位移、等效应力和等效应变的变化情况,得到了固化降温和点火升压过程中药柱/壳体有无粘接两种情况下发动机的受力情况的不同,并根据最大应变能理论,分析了两种情况发动机药柱的结构完整性;得出了在温度和压强双重载荷下,模量、泊松比、药柱/壳体粘接高度等参数对发动机药柱结构完整性的影响规律,表明该型发动机药柱/壳体粘接高度不宜超过40 mm。     

基于监测信息的固体火箭发动机健康状态评估技术

针对固体发动机难以建立复杂环境下可信度较高的失效模型对固体发动机进行健康状态评估的现状,建立了基于定期无损探伤数据和长期环境监测数据为检测信息指标的固体发动机健康状态评估模型。首先划分固体发动机健康状态等级,在此基础上,确定影响健康状态等级的具体监测信息指标及其权重,界定各监测信息单项指标处在不同健康状态等级的标准范围,基于实测检测信息和不同健康状态等级的标准范围明确监测信息的评估量化值、量值域和全域,并计算监测信息指标关于各健康状态等级的关联度,加权求和即可得出处于不同健康状态等级的综合关联度,实现基于监测信息的固体发动机健康状态的评估。     

长期自重载荷作用下固体发动机药柱的位移分析

为了分析固体发动机药柱在长期自重载荷作用下的位移水平,采用加速老化试验,得到该推进剂松弛模量随贮存时间的变化规律;考虑固体导弹发动机的实际贮存情况,探讨了有限元计算中处理发动机滚转的方法;应用三维粘弹性有限元分析方法,对贮存一定时间后的发动机进行了数值仿真,从中获得发动机药柱在长期自重载荷作用下的位移情况。计算结果表明,固体发动机每0.5 a定期翻转,蠕变基本回复到原来的3%以内,药柱的位移增加不大,说明贮存过程中每0.5 a翻转1次是一种好方法,可为固体发动机的设计和使用提供参考。     

长时间工作固体火箭发动机燃烧室热防护层烧蚀计算

为了研究长时间工作固体火箭发动机燃烧室的热防护性能,运用三方程烧蚀模型和运动边界显示差分格式,对长时间固体火箭发动机内绝热层烧蚀及温度场进行了耦合计算.计算得到了化学烧蚀率、扩散烧蚀率、燃烧室内壁温度等参数.计算结果表明,所研究的长时间工作发动机燃烧室烧蚀由扩散过程控制.此外,在求解烧蚀子程序时,提出了一种简便有效的赋...     

基于数论方法的固体推进剂装药结构可靠性分析

提出了将数论中代表点用于分析固体发动机药柱结构可靠性的方法.利用均匀散布理论得到了均匀散布点集合,进而基于F-偏差准则得到多元分布的代表点.通过对粘弹性有限元模型的药柱进行结构完整性分析,考虑泊松比和发动机载荷的随机性,并结合失效判据,通过极大似然估计方法时失效函数进行可靠性计算,得到了在内压作用下的固体火箭发动机药柱结构可靠度.其计算结果与Monte Carlo方法得到的结果十分相近,且具有很好的稳健性.数论方法简单,具有很好的优越性.     

固体火箭发动机潜入和非潜入喷管内流场模拟及对比

利用FLUENT流场计算软件,对采用潜入和非潜入喷管的全尺寸固体发动机,采用二维轴对称模型和准定常方法进行了内流场模拟计算和对比分析.结果表明,喷管潜入结构可有效地降低发动机后封头壁面附近的燃气速度,从而比非潜入发动机有更好的热防护环境;两种发动机在燃烧室内压强、速度和温度分布大致相同,非潜入喷管发动机在喷管出口轴线处燃气速度比潜入喷管发动机的大,而温度和压强较低.     

基于磁悬浮试验架的固体火箭发动机侧向力测量研究

简介了发动机磁悬浮试验架侧向力测量原理及方法.设计基于磁悬浮试验架的侧向力静态标校试验,辨识电磁力计算公式中的电流刚度系数、位移刚度系数,对磁悬浮试验架侧向力测量的静态特性进行了鉴定,得知重复性、线性度和迟滞性均小于或等于5%,综合误差小于或等于8.7%.经过对某固体发动机试验数据的处理表明,使用磁悬浮试验架能够测量发动机稳定工作时间段产生的侧向力.     

一种带锥的内绝热层成型工艺改进

某固体火箭发动机燃烧室为锥筒室，内绝热层很薄，包括复合绝热层和橡胶绝热层两层，由于燃烧室几何形状特殊，无法采用现有的内绝热层成型工艺技术，在分析基础上，得出了该内绝热层压制精密控制方法，利用定位和壳体保护装置，将配制的未硫化粘稠态橡胶通过压涂覆在壳体内壁，精确控制内绝热层的厚度和均匀性，该发动机热试车成功表明，这种内绝热层成工艺技术是有效可行的。     

静力试验空间变形分析方法

液体火箭发动机机架在静力试验中,通常在关键位置布置多个位移传感器来测量机架在静力试验过程中的位移值,对所测的位移数据进行分析以确定机架是否满足刚度设计要求。由于位移传感器较多,无法直观、快速查找到可能存在的异常测点,同时由于无法可视化使得分析机架整体变形存在一定的困难,因此提出了一种静力试验结构变形的三维可视化分析方法。该方法利用结构的几何位置及测点位移信息,通过空间坐标重构连续再现结构在加载过程中的三维变形过程,形成三维变形动画,并基于Matlab软件平台开发了空间变形分析软件,可直观分析结构整体变形、快速查找位移测量异常点,同时软件分析结果可保存为文档文件和视频文件。该方法对于直观分析机架的整体变形过程,快速判断测点位移数据是否异常具有重要的工程实用价值。     

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的设计和热验证

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的内部绝热层是发动机钢壳体和O型密封环的热防护部件.为了防止燃烧室高温燃气到达接头内部,采用了一种无通孔绝热层设计方案.对假想的缺陷和由这些缺陷造成的沿接头粘合面以及O型密封环发展的泄漏通道进行了分析,以验证接头在这些不希望出现的条件下能否完满地起到密封作用.同时还进行了接头中有预设缺陷的发动机的静态试车,验证这种设计对缺陷和由此产生的泄漏通道的不敏感性.试验与分析的结果表明,该设计满足所有的性能和安全要求.