火箭发动机七机并联机架预应力模态分析及优化

针对新一代载人运载火箭七台火箭发动机并联机架在大推力作用下的非线性振动问题,开展了七机并联传力机架的预应力模态分析及优化设计方法研究。以该研究为基础,发展了一种预应力条件下机架材料等效替换方法。在不改变结构传力路径的情况下,通过结构预应力频率优化设计,能够有效降低机架材料物性参数改变所带来的低阶预应力频率误差,以此降低传力机架在动静联合试验时的试验成本。针对七机并联机架结构开展了钛合金和不锈钢材料等效替换,结果表明优化后的不锈钢机架相比原始的钛合金机架,刚度和动力学特性变化维持在合理变化范围之内,验证了该方法的有效性。     

固液捆绑火箭尾舱设备随机振动环境优化预示分析

运载火箭发动机喷流噪声是引起火箭舱段随机振动环境的主要因素;对于固液捆绑火箭而言,多个固体助推发动机与芯级液体发动机喷流噪声的组合捆绑效应将使舱段高频随机振动环境更为恶劣,尤其是对于靠近发动机喷口的固体助推发动机尾舱。文章重点针对某固液捆绑火箭试样阶段的固体发动机尾舱设备与支架安装面在噪声激励作用下的高频随机振动环境,采用有限元分析（FEA）方法进行随机振动环境优化分析。结果表明,增加单机设备支架厚度能明显改善单机设备安装面的高频随机振动响应。据此重新设计单机设备支架并进行试车实测,结果与仿真预示结果间的最大偏差未超出工程上一般要求的±3 dB偏差范围,验证了该环境优化及预示分析方法的合理可行,可为后续运载舱段在噪声激励下的高频随机振动环境优化预示提供参考。     

应变测试技术应用于发动机质心偏移研究

为研究液体火箭发动机的质心偏移情况,在发动机传力构件上合理分布测量点,对发动机机架、推力室与机架连接压杆、推力室头部等多个区域的缓应变参数进行了测量,通过对测量数据的处理与分析,得出了发动机质心偏移情况的初步判断.     

基于量子海鸥算法的运载火箭回收舱段时差定位方法

火箭回收舱段的准确定位是实现运载火箭可重复使用的关键技术之一。针对运载火箭回收舱段飞行轨迹的特点,基于多站到达时间差(TDOA)无源定位原理,通过在回收舱段上加装主动辐射源设计了火箭回收舱段定位系统。将时差非线性定位方程求解问题转化为时差似然函数的极值优化问题,通过引入量子编码理论、混沌映射和遗传反向学习机制改进海鸥算法(SOA),将其用于搜索回收舱段最优定位信息。仿真结果表明:改进的量子海鸥算法在火箭回收舱段定位解算的早期收敛速度、定位精度、全局搜索能力等方面均优于传统Chan算法和标准海鸥算法。     

残骸落区对火箭构型影响论证

残骸落区的选择是在运载火箭构型设计时必须首要考虑的设计因素,其设计结果直接关系到落区内人民生命财产安全,因此残骸落区必须避开人口稠密、重要设施区域。然而运载火箭残骸的被动段轨迹与上升段轨道设计直接相关,过近或过远的落区都将影响火箭上升段轨道的设计结果,进而影响运载火箭的运载能力。本文以典型二级火箭论证为例,开展了基于落区约束火箭构型的总体方案优化,运载能力变化充分说明残骸落区对火箭构型论证的影响,为后续构型论证工作的高效开展夯实了基础。     

基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化

固体运载火箭设计属于典型的多学科设计问题,为提高同体运载火箭设计水平和缩短研制周期,提出了基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化方法.建立了固体运载火箭多学科系统分析模型,以卫星轨道设计计算得到的运载火箭关机点参数和最小火箭起飞质量为设计准则.采用物理规划方法构造系统级火箭总体设计优化模型,以发动机总体性能指标为设计准则,采用物理规划方法构造子系统级发动机设计优化模型.通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足火箭运载能力的各级固体发动机最优设计结果,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力-时间曲线.     

全面构建新总装 引领航天制造业

<正>首都航天机械公司(二一一厂)隶属中国航天科技集团运载火箭技术研究院,是我国规模最大的运载火箭总装集成企业,唯一的氢氧发动机制造企业。公司先后从事飞机修理制造、运载火箭研制生产等工作,在航空、航天两大领域均取得了辉煌成绩。截至2014年底,研制生产项目共15个型号、139发火箭,占长征系列火箭发射的68.5%;曾用不到两年时间,圆满完成了舱外航天服承力结构主体研制任务;目前正在研制以长征五号、长征七号为代表的新一代运载火箭,以及应用于长征五号火箭的一级大氢氧发动机和二级氢氧发动机。先后荣获"全国五一劳动奖状"、"高技术武器装备发展建设工程突出贡献奖"、"中国载人航天工程突出贡献集体"、"首次月球探测工     

液体火箭发动机复合材料机架初步设计研究

针对液体火箭发动机承力机架,开展复合材料机架的初步设计及探索应用研究。通过对原金属机架结构设计特点分析,提出了一种碳纤维增强复合材料机架的设计方案,并对其进行了力学性能预测及设计参数影响分析等方面研究工作;最后,采用有限元软件ANSYS的APDL语言开发了复合材料机架的计算程序,该程序基于损伤累积理论,包含结构应力分析、材料的失效判断及材料的性能退化3个主要循环过程,通过仿真手段模拟了在载荷增加过程中结构内部产生损伤,并逐渐累积直至破坏的整个过程。仿真分析结果表明:复合材料的应用可在满足原机架强度、刚度和稳定性等设计要求基础上,相对于原结构实现了50%的减重。     

复合材料桁架式机架设计方案

为进一步降低某上面级发动机机架结构质量,对其高强度钢的桁架式机架开展了以复合材料替代金属的设计方案研究。通过对原金属桁架式机架力学设计特性分析,在保持原结构对接参数及外形尺寸不变的情况下,提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料机架的设计方案,并重点对杆件结构进行详细设计及影响参数分析。首先,采用基于Matlab软件的遗传算法优化工具箱对杆件截面尺寸及纤维缠绕角度优化,然后对接头结构进行设计,并组装成复合材料整体机架,对强度、刚度及稳定性等参数分析及校核。研究结果表明:新设计复合材料机架在满足原机架基本设计要求基础上,相对于原机架实现了40%以上的减重。研究方法可为复合材料桁架结构设计研究提供借鉴。     

大型对日定向装置大开口复合材料主承力架传力设计及验证

根据大型对日定向装置的结构特点和受力特性，调整传力结构，充分利用纤维增强复合材料结构的可设计性，开展优化设计。在保证高刚度和轻量化的同时，克服结构大开口带来的承载能力不足，设计出结构质量与承载比仅为5.2%，集舱段和壳体功能于一体的大型对日定向装置复合材料主承力架结构。建立有限元模型，分别采用Tsai-Wu和最大应变2种纤维增强复合材料的强度失效准则，对其进行校核。开展静力试验，采集应变等信息，与有限元仿真分析结果展开对比。结果表明:其整体趋势一致，顺利通过试验考核。