航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。     

再入制导和弹道跟踪误差分析

新一代可重复使用运载器对再入制导提出了更高地要求。目前的空间运输系统证明基于阻力加速度的制导方法是行之有效的。其基本概念是跟踪基准阻力加速度包线，在飞行过程中可根据需要更新这个包线。跟踪适当的阻力加速度包线保证了飞行器可以飞行准确的距离达到目标，同时满足弹道约束。在横向上，我们可采用类似于美国航天飞机的倾斜反转逻辑或航向角跟踪技术。本文推导出了基于反馈线性化的控制算法，并将其应用于可重复使用运载器纵向和横向的制导。最后，我们分析了阻力加速度跟踪的误差。     

固体火箭发动机的加速度效应

本文研究旋转固体火箭发动机在加速度载菏下的性能变化。根据至今己提出的4种重要模式:力学模式、热力学模式、应力模式、气动力学模式,得出了每种模式的简化模型,并附加了一个内弹道计算机程序。分析结果表明,应力模式对圆孔药柱并不重要。其它模式对固体发动机性能都有影响。分析结果与发动机数据比较表明,侵蚀燃烧效应是旋转速度的函数。     

Choroidal responses in microgravity. (SLS-1, SLS-2 and hindlimb-suspension experiments)

Fluid and electrolyte shifts occuring during human spaceflight have been reported and investigated at the level of blood, cardio-vascular and renal responses. Very few data were available concerning the cerebral fluid and electrolyte adaptation to microgravity, even in animal models. It is the reason why we developed several studies focused on the effects of spaceflight (SLS-1 and SLS-2 programs, carried on NASA STS 40 and 56 missions, which were 9- and 14-day flights, respectively), on structural and functional features of choroid plexuses, organs which secrete 70–90 % of cerebrospinal fluid (CSF) and which are involved in brain homeostasis. Rats flown aboard space shuttles were sacrificed either in space (SLS-2 experiment, on flight day 13) or 4–8 hours after landing (SLS-1 and SLS-2 experiments). Quantitative autoradiography performed by microdensitometry and image analysis, showed that lateral and third ventricle choroid plexuses from rats flown for SLS-1 experiment demonstrated an increased number (about x 2) of binding sites to natriuretic peptides (which are known to be involved in mechanisms regulating CSF production). Using electron microscopy and immunocytochemistry, we studied the cellular response of choroid plexuses, which produce cerebrospinal fluid (CSF) in brain lateral, third and fourth ventricles. We demonstrated that spaceflight (SLS-2 experiment, inflight samples) induces changes in the choroidal cell structure (apical microvilli, kinocilia organization, vesicle accumulation) and protein distribution or expression (carbonic anhydrase II, water channels,…). These observations suggested a loss of choroidal cell polarity and a decrease in CSF secretion. Hindlimb-suspended rats displayed similar choroidal changes. All together, these results support the hypothesis of a modified CSF production in rats during long-term (9, 13 or 14 days) adaptations to microgravity.     

一种少烟固体火箭发动机的结构使用寿命估计

少烟幼畜(Maverich)固体火箭发动机的结构使用寿命估计是以解剖发动机的推进剂性能数据为基础进行的。为了在两年的时间里模拟五年的使用寿命,这些发动机经历了实验室加速化学和力学老化。用经验老化模型来推测发动机推进剂的性能和药柱横截面上的性能梯度,建立了有限元计算机模型来计算这些性能梯度,并确定发动机安全裕度与时间的函数关系。根据分析,预计这种发动机的使用寿命在10年之上。     

星30/CE和星37FM——改进性能的顶级固体火箭发动机

本文介绍了星30C、30E和37FM三种火箭发动机的设计结构,给出了各种分析结果,并报导了鉴定试验的累积数据。     

改善推进剂老化和低温物理性质的键合剂系统

新的混合键合剂系统用于端羟基聚丁二烯推进剂配方时,推进剂的高温老化特性和低温物理性质都有很大改善。混合键合剂系统由 MT_4[2.0克分子三-1-(2-甲基氮丙啶)膦化氧、0.7克分子已二酸和0.3克分子酒石酸的反应产物]、HX752[双-间苯二酰-1-(2-甲基)氨丙啶]和 BIDE(丁基亚胺二乙醇)组成,其重量百分含量分别占推进剂组成的0.10～0.20%、0.10～0.20%和0.02～0.05%。     

在开孔区补强的玻璃钢壳体变形研究

复合材料结构设计的实际提出了带有局部开孔的层壳应力状态理论与实验研究的课题。由于在壳体中存在非中心开孔,因而引起具有局部特征的应力集中区,它在确定结构的承载能力时起很主要的作用。在开孔区增强纤维失去承载能力决定了要适当加强同时对开孔区边缘进行补强的必要性。这些问题的理论研究已进行了一系列基础工作。在纤维     

螺栓挤压推力终止系统验证试验

本文总结了螺栓挤压推力终止系统(BETTS)的设计、研制和验证试验。该系统在阿诺德工程研制中心(AEDC)进行了多次冷试,一次海平面热试和两次高空点火推力终止试验,试验所用的发动机是政府向化学系统分公司提供的“民兵”发动机空壳体装药后制成的。通过大发动机热试,证明本计划所验证的这种BETTS可以消除前部碎片,大大地简化药柱和发动机壳体的设计,提高末级性能。另外,这种方法设计简单,从而可以降低推进系统的成本。BETTS用爆炸螺栓和挤压螺栓的组合代替连接喷管法兰和发动机壳体法兰的普通螺栓。接到指令后,爆炸螺栓立即打开,喷管循着挤压螺栓向后平移,发动机气体迅速排出,从而使推进剂熄火。挤压螺栓控制着喷管的移动速度和最大运动行程。以前根据NO.F04611—75—C—0044合同(CSD计划2549)曾成功地在缩比发动机上进行了BETTS热试和在飞行重量的“民兵”Ⅲ第三级发动机上进行了冷试。     

HTPB推进剂的老化及使用寿命

为了进行老化评价研究,选择和研制了三种不同固体含量的(88～91%)端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂。已经证实,88%固体含量的HTPB推进剂符合以前提出的老化模型。这种老化模型已成功地进一步用于较高固体含量的推进剂以及其它计划用的HTPB推进剂的实测力学性能老化数据。采用这种老化模型,根据加速热老化试验数据予测了长期力学性能,予测数据与六年实测老化数据相当一致。利用予测的推进剂破坏性能,结合火箭发动机的要求,来确定予先选定安全裕度的发动机药柱的使用寿命。本文列出了各种复合推进剂老化速率的比较数据。根据老化结果的分析,提出了一个宽范围老化行为的数学表达式。