ANSYS刚-柔混合法在柔性接头结构分析中的应用

针对类似固体火箭发动机喷管柔性接头多层、薄壁钢-橡胶复合结构在进行仿真分析时,有限元模型单元、节点数多,收敛困难的问题,采用ANSYS刚-柔混合法,对柔性接头结构进行研究。结果表明,在同等约束与边界条件,采用刚-柔混合模型,计算得到的位移和约束反力(矩)和试验结果相比,误差很小(在5%以内)。该方法用于柔性接头结构分析,可快速获得柔性接头在外载作用下的位移、应力及摆动力矩等,为柔性接头设计与分析提供参考。     

单模块超燃冲压发动机一体化流场数值计算

采用数值计算方法求解了单模块超燃冲压发动机内外流一体化流场，得到了流场详细结构和单模块发动机的性能参数，并对不同工况下的发动机性能进行了对比研究，探讨了发动机在有、无进气道侧压情况下的性能差异，分析了其中的原因。计算结果表明，研究工作中所发展的数值计算软件可以用于超燃冲压发动机的一体化流场计算，正确给出发动机的各项性能。计算结果还显示了发动机设计模型中存在的不足。     

飞行状态下固体火箭发动机比冲计算

以固体导弹飞行试验的外弹道测量数据和遥测数据为基础，将外弹道计算模型与固体发动机内弹道计算型相结合，建立了飞行状态下固体发动机比冲的计算模型，算例表明，该模型适用于固体发动机性能的快速工程分析。     

短纤维增强橡胶材料隔层的强度与失效分析

对短切芳纶纤维EPDM材料试件进行了拉伸试验,利用数字图像分析法处理得到了准确的材料应力应变数据。根据火箭发动机柔性隔层的结构特点,用ABAQUS有限元分析软件建立了柔性隔层的有限元模型,利用轴对称结构大大简化了计算量。通过ABAQUS对拉伸试验数据进行拟合,得到了较为准确的超弹性本构模型,并通过此模型对隔层工作情况进行模拟,得到了隔层的实际应变情况。结果表明,当前工况下柔性隔层受载未超出材料强度极限,且尚具有较高的安全裕度,现有的安全判据是不可用的。改变壳体刚度、隔层与药住间隙计算其应变结果,并综合对比之前的结果,提出了有效的降低隔层应变方法,为隔层的优化提供了依据。     

复合材料柔性喷管试验模态分析

应用试验模态分析，对一种固体火箭发动机的柔性喷管进行了动态特性分析和试验，并获得了该柔性喷管的前１３阶模态振型及参数。     

固体火箭发动机性能精度分析

根据固体火箭发动机内弹道计算模型，提出了内弹道计算中的独立随机变量，建立了随机变量的概率统计模型，确定了参数的分布规律，并用Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ法进行了内弹道模拟计算。最后对发动机性能的均值。和标准差σ进行了分析和实验验证，得出了计算方法可行，数据可信的结论。     

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。     

固体燃料冲压发动机研究进展

通过分析固体燃料冲压发动机内部燃烧和流动过程，建立了固体燃料冲压发动机内弹道计算模型。在数值模拟基础上，分析了发动机内流场结构和燃速特性。理论计算表明发动机内流场呈现很强的二维特征，附着点位置与入口台阶高度和燃烧性能有关。为验证计算结果，设计并建成了固体燃料冲压发动机实验系统。     

固体火箭发动机性能规律精度分析

根据固体火箭发动机内弹道计算模型，提出了内弹道计算中的独立随机变量，建立了随机变量的概率统计模型，确定了参数的分布规律，并用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法进行了内弹道模拟计算。最后对发动机性能的均值μ和标准差σ进行了分析和实验验证，得出了计算方法可行，数据可信的结论。     

高过载条件下固体发动机内流场及绝热层冲蚀研究

针对Ф315mm实验发动机和某发动机工作状态及结构特点，进行了发动机燃烧室内三维两相流动数值模拟和内绝热层的炭化冲蚀规律研究。计算中应用了颗粒轨道模型和二阶迎风有限体积方法，对纵、横加速度载荷下的两相流动进行了模拟，分析了纵、横向载荷对两种发动机燃烧室内粒子场和聚集带的影响；应用绝热层炭化冲蚀和两相流粒子热增量模型，分析了实验发动机在多种纵、横向过载作用下的绝热层冲蚀规律。在与Ф315mm实验发动机结果对照后，修正了炭化冲蚀计算所需参数，进一步预示了发动机的三维两相流场和炭化冲蚀率，并在35gn过载下分析了推进剂含铝量对粒子聚集密度和炭化冲蚀的影响。计算结果为发动机故障分析和实验发动机试车结果评定提供了理论基础。     

固体发动机柔性喷管静态刚度和强度研究

结合柔性喷管纤维缠绕扩张段的结构特点，提出了一种纤维缠变厚度壳体的复合材料单元；同时，对柔性接头进行合理的简化，用弹簧模型取代，在此基础上建立了柔性管的力学计算模，借助非线性有限元理论，对锥筒式扩张段形式的柔性喷管进行了控制力作用下的静态刚度和强度研究。     

柔性喷管力矩特性的识别

本文在试验、测量、计算获得柔性喷管的总力矩—摆角响应曲线的基础上,对其物理特性作了分析,建立了辨识其力矩特性的数学模型。利用三次样条函数的特点,较准确地再现了该数学模型所代表的矛盾方程组,然后又利用多元线性回归分析,最终求得了组成总力矩的弹性力矩,粘滞摩擦力矩、库伦摩擦力矩、惯性力矩和偏位力矩等以及它们的力矩系数。并在计算机上进行了仿真试验,对建立的数学模型和分析方法作了验证。     

大型固体火箭发动机研制的关键技术

介绍了大型固体发动机推进技术的现状和发展趋势。研讨了发动机设计总体布局与各部件匹配及协调、优化设计、推进剂性能、装药燃烧室的界面脱粘、喷管热结构设计与材料、全轴摆动柔性接头喷管和鉴定阶段发动机性能逆运算等技术问题,并总结了多年的研制经验。     

柔性喷管全轴向摆动中的扭矩分析与计算

本文对柔性喷管全轴向摆动中存在的铰链力及其扭矩进行了分析,通过冷试试验作了测量与计算,并在计算机上进行了各种情况下摆动的模拟计算。计算的结果与分析的结论是一致的。对于其他使用液压作动筒伺服系统驱动的可动喷管(如珠承喷管)也是适用的。 本文还引用了四元数运算法进行扭矩的计算,它与惯用的欧拉变换或克雷可夫变换相比,来得简捷、有效。通过两种方法计算比较,表明这一尝试是成功的。     

固体火箭发动机喷管结构完整性分析

通过计算温度场和应力场,分析了喷管在发动机工作过程中的结构完整性。将燃气简化为一维等熵流,以确定喷管内型面所承受的温度和压强载荷。基于三维有限元模型,计算了喷管的瞬时温度场。然后,将温度场分析结果导入结构分析模型,用点．点接触单元模拟喷管材料之间的接触状态,对温度和压强载荷联合作用下的应力场进行了分析。结果表明,喷管结构是安全的。     

某发动机整机模态分析

为了获得某型号发动机的动态特性,采用有限元方法进行了发动机整机的模态分析。按照由组件到整机的思想,分别建立了各个组件的有限元模型。重点对推力室和喷管的建模方法进行了分析。将推力室按等效刚度法等效为单层壳,喷管按结构特性等效为正交各向异性壳,并将喷管计算结果同模态试验结果进行对比,验证了喷管建模方法的准确性。各组件模型组装为整机有限元模型,计算得到了整机的模态分布。数值计算结果同模态试验结果吻合较好。     

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.     

斜切喷管性能计算

介绍了一种斜切喷管流场计算的新方法,即采用轴对称无粘流动模型,喷管喉部区域用Kliegel提出的小参数法求解,超音速段用MacCormack二步显格式空间步进求解。在流场计算的基础上,进行了斜切喷管的性能计算。     

斜切反喷管性能分析

固体火箭发动机前端斜切反喷管，其结构简单、作用时间短、气动型面具有尖点，并在超音速区有台阶，喷管内存在一系列激波，并伴有流动分离现象。本文从雷诺平均的非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发，结合采用Ｂｏｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型，利用时间相关法及ＭａｃＯｃｏｒｍａｒｋ两步显格式求解，模拟了斜切反喷管流场。计算得到的壁面压强分布与风洞吹风实验测得的压强分布相一致。该方法可应用于斜切反喷管的