火箭发动机装配机设计及锥柱型药柱燃烧规律研究

发布时间：2020-07-12 17:37

【摘要】：在机械制造中,能够决定机械产品质量的重要工艺过程就是机械装配过程,装配是否得当会直接影响到产品的质量。本文研究了某中型固体火箭发动机的结构及其零件组成,对装配机系统的装配方案进行了设计。根据装配方案,设计了一种能够完成中型自由装填式固体火箭发动机装配的装配机。设计的装配机由胶合紧固系统和装配系统组成。胶合紧固系统能够对长尾管和喷管的零件进行固定并施加预紧力。装配系统由夹持系统、顶部推进系统、长尾喷管夹持系统、转动系统和支撑系统5个分系统组成。夹持系统能从四周对燃烧室进行固定;顶部推进系统能够使长尾喷管缓慢平稳地推进到需要装配的位置;长尾喷管夹持系统能够夹持和装配光滑的长尾喷管;转动系统能够准确地控制燃烧室转动的角度;支撑系统能够承担整个装配机的重量。药柱的燃烧规律影响固体火箭发动机的内弹道计算。本文对锥柱型药柱进行了建模和编程,得到燃烧面积对燃去肉厚的导数与设计参数的函数关系图。根据该函数关系图,研究了锥柱型药柱的燃烧规律。通过对半球锥柱型药柱的残药率计算,得到了残药率与设计参数的函数关系图。根据该函数关系图,通过调整设计参数的数值,能够减小半球锥柱型药柱生成的残药量。结果表明,平底锥柱型药柱和半球锥柱型药柱的长径比都为2.5时,更接近于恒面燃烧。当平底锥柱型药柱环向槽圆弧半径在0到0.13D的区间范围内,圆柱段内孔半径在0.09D至0.3D的区间范围内,环向槽圆弧圆心旋转半径在大于圆柱段内孔半径且小于0.47D的范围内,燃烧药柱呈现先增面性后减面性。当半球锥柱型药柱环向槽圆弧半径在0到O.1D的区间范围内,圆柱段内孔半径在0.03D至0.4D的区间范围内,环向槽圆弧圆心旋转半径在大于圆柱段内孔半径且小于0.42D的范围内,圆柱段长在D到1.8D的区间范围内,药柱燃烧呈现先增面性后减面性。在半球锥柱型药柱中,环向槽圆弧半径的取值越大,残药率越小,且残药率减少幅度增加。残药率与内孔半径呈现负相关关系。残药率与环向槽圆弧圆心旋转半径呈现近似抛物线关系,其取值变大时,残药率先增大后减小。残药率与圆柱段长度呈现近似线性关系。算例证明燃烧面积计算准确,燃烧规律和残药率规律与实际相符。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V463;V430
【图文】：

装配机,结构示意图,长尾喷管,燃烧室

让药柱能缓缓地滑入燃烧室中，直到燃烧室达到竖直状态（这逡逑程是火箭发动机装配中至关重要的一步，需要选择适当的倾斜角度，即能满逡逑又能使药柱安全地进入燃烧室。角度过大会使药柱进入燃烧室的速度太快，逡逑部时壳体对药柱的冲量过大，以至于令药柱产生裂纹甚至完全碎裂）。当药逡逑部进入燃烧室后，在顶端放上挡药块，为了防止药柱在燃烧室内窜动，同时逡逑防止药柱的碎块堵住喷管的喉衬。最后将长尾喷管夹持系统夹持己装配完成逡逑尾喷管，并将其与顶部推进系统进行固定，固定完成后拧上螺栓。通过转动逡逑使顶部推进系统向下推进，让长尾喷管缓慢地与燃烧室接触，当长尾喷管移逡逑留位置时，在预留的键槽中敲入键，对长尾喷管和燃烧室进行固定。逡逑据固体火箭发动机的装配方案，设计的装配机结构由２个系统组成，分别逡逑紧固系统和装配系统。其中装配系统由顶部推进系统、长尾喷管夹持系统、逡逑系统、转动系统和支撑系统５个分系统组成（见图２．１邋）。逡逑

示意图,转盘,螺纹,结构示意图

固系统结构简单，能够对长尾管和喷管的零件进行固定并施加预紧力。其中紧固逡逑轴分为紧固轴ａ和紧固轴ｂ，紧固轴ａ是用来对长尾管的各个零件进行胶合，紧固逡逑轴ｂ是用来对喷管的各个零件进行胶合。图２．２是胶合紧固系统的爆炸图。逡逑螺纹转盘逡逑Ｚ邋，支架体逡逑ｐ邋ｒ逡逑：分、＾紧固轴ｂ逡逑图２．２胶合紧固系统的爆炸图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｇｌｕｅｄ邋ｆａｓｔｅｎｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２＿３＿１螺纹转盘逡逑螺纹转盘是由一个阶梯圆柱加工而成，圆心处有和紧同轴配合的内螺纹。图逡逑２．３为螺纹转盘的结构尺寸示意图。逡逑黎４y＿逡逑图２．３螺纹转盘的结构示意图逦图２．４螺纹转盘的实体模型示意图逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅａｄｅｄ邋ｔｕｒｎｔａｂｌｅ邋Ｆｉｇ．２．４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｏｌｉｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ逡逑ｔｈｒｅａｄｅｄ邋ｔｕｒｎｔａｂｌｅ逡逑－９－逡逑

示意图,紧固,爆炸图,转盘

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