特种结构固体火箭发动机燃烧室随机振动疲劳分析

随机振动下固体火箭发动机的疲劳破坏分析与疲劳寿命准确预测一直是困扰固体发动机设计的难题。通过模态分析、随机振动分析和基于高斯分布的三区间法、Miner疲劳累积损伤理论进行的疲劳计算，仿真分析了一种特种结构固体发动机燃烧室经过随机振动试验后的疲劳破坏规律及影响因素。结果表明，发动机燃烧室在经历径向随机振动激励时，结构响应最大，最大等效应力位于与燃烧室壳体交界附近的装药杯支撑杆上，是发动机燃烧室的最薄弱处;发动机燃烧室存在90、294、411 Hz三个共振频率，设计时要注意避开。极限随机振动试验表明，振动60 s时，燃烧室未发生疲劳破坏，而振动15 min发生了疲劳破坏，这与仿真的结果是吻合的，验证了数值振动模型和疲劳破坏计算方法的有效性，可为预测固体火箭发动机的疲劳破坏和疲劳寿命提供参考和指导。     

基于响应面法的单元发动机喷注器优化设计

针对某新研单元发动机喷注器热阻优化的问题,采用仿真计算分析研究支架结构参数对支架热阻与结构强度的影响,并基于响应面法(RSM)对喷注器支架进行结构优化设计。计算结果表明:在计算范围内,对支架隔热性能影响最大的是支架高度,其次是支架厚度,最后是支架孔直径。随着支架高度的增加,支架热阻逐渐增大,而支架热阻则随着支架厚度与孔直径的增加而降低。对支架结构等效应力影响最大的是支架孔直径,其次是支架高度,最后是支架厚度,并且随着支架孔直径的增加,支架结构等效应力逐渐增大,而支架最大等效应力随着支架高度和厚度的增加而减小。通过采用响应面法改进后的支架在结构强度满足发动机力学环境的条件下,喷注器热阻得到明显提高。     

复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后,选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3%;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4%;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

含中心孔复合材料变刚度板孔边应力解析法分析

利用经典层合板理论分析变刚度板孔边应力很困难,为此提出一种基于流场函数设计变刚度铺放轨迹,由获得的铺放轨迹函数进行解析分析的方法。首先,采用带有一个构造参数的流场函数来描述变刚度铺层的曲线轨迹。然后,通过建立目标函数去拟合变刚度铺层内最大主应力方向。确定构造参数后,离散优化流场函数获得变刚度铺放轨迹。利用含孔偏轴拉伸孔边应力求解法及经典层合板理论,确定变刚度板孔边的应力解析解。同种工况下,变刚度板的最大应力比0°板的应力峰值下降了11.90%。最后,对解析法与有限元法进行了对比,解析法与有限元法的最大误差发生在应力集中处,最大误差为5.63%,验证该解析法的有效性。     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明:联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。     

空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证

针对Hart-Smith板壳粘接缝模型不适用于空间薄膜结构粘接缝的问题及空间薄膜结构高精度设计中粘接缝二维模型缺失的问题,开展了空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证工作。首先基于Kirchhoff板理论建立了空间薄膜结构粘接缝的三维模型,计算了粘接缝内部剪应力和剥离应力分布;其次,将三维模型映射到二维,建立了薄膜粘接缝二维等效模型,给出了二维等效模型的杨氏模量和强度的计算方法;最后,对薄膜粘接缝二维等效模型进行了仿真校验,仿真结果表明,根据二维等效模型求得的杨氏模量误差为4.5%～11.8%,且该误差与粘接缝宽度正相关。仿真校验证实了粘接缝的主要失效模式为剪切,且粘接缝的等效强度不受粘接缝宽度影响。当粘接缝宽度为5 mm时,二维等效模型比Hart-Smith模型求得的等效强度误差减小了29.2%。薄膜粘接缝二维等效模型为空间薄膜结构高精度设计提供了参考。     

双脉冲固体火箭发动机软隔板破裂试验研究

为研究双脉冲固体火箭发动机软隔板破裂和应力分布规律,设计了一种端面软隔板。对隔板作预制刻痕处理,在隔板上形成多个正方形方块。刻痕的宽度及间距取决于发动机参数,隔板破裂时产生碎片不堵住喷管。进行了二脉冲点火器试验、二脉冲点火试验、双脉冲发动机两级点火试验三个阶段的隔板破裂试验,并对双脉冲发动机隔板的受力进行仿真分析。结果表明:设计隔板在发动机工作过程中及时合理破裂,仿真所得隔板破裂位置与试验结果吻合。试验隔板破裂发生在凹腔边缘处和隔板上的圆型刻痕处,在隔板表面施加预制刻痕,隔板破裂形成的碎片基本被排出发动机,且能使隔板破裂更具有规律性。隔板破裂试验研究对隔板设计有重要的意义。     

运载火箭动力系统试验承力环的静力试验

建立了某型号运载火箭动力系统试验用承力环的非破坏性静力试验方案,以评估该承力环的强度和刚度。为模拟发动机关机时的载荷冲击,将静力试验最大载荷设定为发动机额定总推力的2倍,包含水平和垂直两个分量,均分为8个载荷步加载。在承力环上设置了27个三向应变测点和12个轴向位移测点,以监测一些关键点的应力和位移。测量结果显示,在最大载荷下,当量应力达到303 MPa,低于材料屈服强度;轴向变形达到3.16 mm,低于设计许用变形;应力最大点位于支腿销孔处。对销孔孔距的变化进行了测量,并对附近的钢板表面进行了MT探伤。数据结果表明,该承力环在两倍的动力系统试验额定载荷下有足够的强度和刚度,可用于该试验。     

试验转速对大流量高转速轴流泵性能的影响

通过泵水力试验,对不同转速下大流量轴流泵的性能进行了对比分析,结果表明,在低转速下泵效率存在分层现象。分析发现效率分层的主要原因是低转速下试验所得的泵水力效率误差比较大,故需要对低转速下的试验效率值进行修正。为了使试验数据尽可能反映真实值,在试验设备能力允许的情况下,试验转速应不低于额定转速的80%。     

一种基于在线预测的航天产品热待机剩余寿命评估方法研究

基于航天产品热待机剩余寿命难以实时预测的需要,提出步进加速寿命试验设计过程、基于双应力数据处理的剩余寿命实时在线预测技术,给出加速试验中加速模型的确立及试验的优化设计,研究了实时剩余寿命预测的样本开关机对热待机寿命影响的数学模型,最后给出了具体的在线预测热待机剩余寿命的处理过程和实施步骤。     

液体火箭发动机用超低比转速离心泵优化设计

在采用加大流量法等优化措施的同时,运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维K-ε双模型方程对泵内部流场进行模拟仿真,再从优化泵内流动特性的角度出发,确定合理的优化措施,设计了一台高扬程、高转速、高效率、能在大流量范围稳定工作的液体火箭发动机用超低比转速离心泵。对比试验验证表明,这种结合内流场特性的...     

液体火箭发动机可靠性设计的新方法

针对发动机系统可靠性设计问题进行了研究，提出综合运用可靠性框图分析、故障主效应分析，、故障数据分析及故障树分析等可靠性分析方法，评估发动机不同设计方案的可靠性水平，并举例对某型号发动机的方案论证进行了典型分析计算。     

丁羟基固体推进剂的破坏包络及其演化行为研究

分析了宽温域(-70 ℃～70 ℃)、泛加载速率(2～200 mm/min)条件下丁羟基固体推进剂的拉伸特性,获得了温度、应变率依赖的推进剂破坏包络;进一步采用循环载荷模拟空基反复巡航加载历史,研究了推进剂在服役环境中的破坏包络演化。结果表明：丁羟基固体推进剂的破坏包络满足平移原理,随着加载速率增大,破坏包络面向高温区平移,导致低温可靠性显著降低;经历循环载荷后,破坏包络整体向小断裂延伸率方向下移,导致可靠发射区域显著减小。研究结论将为复杂条件下的发动机设计及其贮存期可靠性分析提供支撑。     

电磁继电器转换电压测试方法的研究与应用

研究了一种新的电磁继电器转换电压的测试方法,这种测试方法引入了自反馈控制的原理,对于提高电磁继电器的测试速度,简化测试引线,减小测试误差都具有突破性的意义,更有利于电磁继电器的可靠性质量保证工作。     

液体火箭发动机低成本设计技术

简要介绍了国外液体火箭及其发动机的低成本研制现状,重点论述我国液体火箭发动机低成本设计,尤其是发动机系统、发动机重要组件的结构简化及可靠性设计经验.发动机系统优化与简化设计方法确保了系统简单、零组件数量和组件品种减少,操作性方便.关键组件的预先研究和新型密封结构设计提高了发动机的可靠性.指出低成本设计是降低发射费用的重要措施之一;液体火箭发动机低成本研制应从系统设计着手,力求系统简单可靠;对于要求特殊和薄弱环节的结构运用创新和关键技术攻关得以实现.     

低冲击弹射式发射箱前盖分离特性

针对火箭、导弹储运发射箱前盖快速开启、可靠分离的设计需求,提出一种利用弹簧储能的低冲击弹射式发射箱前盖方案。在此基础上,结合设计方案各部件在分离过程中的受力特性,建立前盖分离和抛落的理论模型,对箱盖分离轨迹进行计算分析。为优化设计参数,利用实验设计方法(DOE)和响应面法(RSM)对影响前盖抛落距离的储能弹簧刚度、有效作用距离以及活动冲击部件的斜板倾角等进行优化分析,获得满足可靠分离判据的优化结果。最后利用基于多体动力学模型的虚拟样机试验对优化模型进行了校验分析,验证了设计方案的可行性和理论模型的合理性。     

固体发动机燃烧时间的一种解析算法

给出了以双切线法和二阶导数法相结合来确定发动机燃烧时间的一种解析算法，它适用于一般发动机燃烧时间的处理，通过该解析法与双切线法的比较，证明该方法具有实用价值。     

叶轮盖板侧的流动对离心泵泄漏量的影响

利用动量矩定理,建立了叶轮盖板中流体旋转角速度的一阶微分方程,得到了计算离心泵泄漏量的方法.为了获得泄漏量,需要进行迭代求解.从该微分方程出发,可得到容积效率、轴向力等参数.试验研究表明,用此公式计算的理论泄漏量和试验值之间的相对误差在7%～10%以内,验证了该方法的合理性和正确性.     

高速复合叶轮离心泵多相位定常流动数值模拟

对一高速复合叶轮离心泵在设计工况进行了多相位定常流动数值模拟,分析了由于叶轮与蜗壳相对位置的变化引起的离心泵的速度场、压力场、扬程系数和效率的变化规律。计算表明,高速复合叶轮离心泵内流场非常复杂,叶轮流道在不同位置的流动情况差别较大,而扬程系数呈周期性变化。该计算为进一步提高高速复合叶轮离心泵的性能、减少水力损失提供了一定的理论依据。     

威布尔型产品的可靠性评估方法研究

在简要介绍极大拟然和小概率原理的基础上，针对威布尔型产品特征寿命的求取方法在各种文献中没有介绍、经典的双威布尔型串并联系统的可靠性评估方法既繁琐又不精确等情况，详细论述了如何运用威布尔型单机产品的可靠性试验样本求取其特征寿命，如何运用等效折合的方法求取威布尔型串并联系统的可靠性置信下限，最后对某威布尔型发动机系统的可靠性进行了评估,取得了较理想的结果。