气囊分离装置工作性能的影响规律仿真研究
发布时间：2021-02-27 10:49
气囊分离装置具有承载、分离和提供推力的功能,并且工作过程无污染,广泛用于运载火箭整流罩纵向分离。研究气囊分离装置工作性能的影响规律,对气囊分离装置的设计和应用具有重要指导意义。建立了非线性有限元模型,采用LS-DYNA对其工作过程进行仿真分析,研究炸药索装药量、铆钉失效应变、气囊初始缺陷等因素的影响规律。结果表明,炸药索装药量是影响气囊分离装置工作性能的主要因素,装药量越高,推冲速度越快,但可能造成局部结构破坏;铆钉失效应变的增加会延长气囊分离装置的分离时间;位于顶部的气囊缺陷对分离过程影响比较大。
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
气囊分离装置结构组成与工作原理示意b）分离后
温后进入气囊，燃气使气囊膨胀，气囊产生的压力作用在U型接头和槽型接头上，剪断连接铆钉，将两个对接接头推离开，实现两瓣罩的解锁、平推分离；气囊为密闭结构，炸药索燃烧产生的固体微粒和残余燃气集聚在气囊、衰减管内不溢出，避免污染整流罩内其他产品[1]。a）分离前b）分离后图1气囊分离装置结构组成与工作原理示意Fig.1StructureCompositionandWorkingPrincipleDiagramoftheAirBagSeparationDevice2有限元模型2.1有限元模型及网格剖分建立1/2对称结构的三维有限元计算模型，如图2所示。a）整体模型b）气囊c）衰减管d）铆钉图2气囊分离装置有限元模型Fig.2FiniteElementModelofAirBagSeparationDevice在对称面处设置对称边界条件，其余均为自由边界。有限元模型由炸药索、空气域、U型接头、槽型接头、铆钉、上配重、下配重、外衰减管、内衰减管等部分组成。配重与U型接头和槽型接头之间采用共节点连接。炸药索和空气域为Euler网格，其他部件为Lagrange网格，欧拉场的外侧边界为压力外流边界条
导弹与航天运载技术2020年10引爆后，爆轰压力沿着衰减管内外管管口扩散，所到之处压力急剧升高，最终扩散到衰减管外的气囊中。115μs左右时压力已传播到气囊全部空间，随着气囊膨胀，槽型接头和U型接头分别向下和向上运动，气囊体积增大，气囊内各处压力已逐渐平衡并不断下降，3500μs左右时，压力已下降到1个标准大气压左右，气囊逐渐失去对外做功能力。a）t=35μsb）t=115μsc）t=350μsd）t=575μs图4爆轰压力的扩散过程Fig.4DiffusionProcessofDetonationPressure铆钉压力场分布如图5所示。a）t=25μsb）t=100μsc）t=400μsd）t=700μs图5铆钉压力场分布计算结果Fig.5CalculationEesultfoEivetPressureFieldDistribution从图5可见，25μs时铆钉上下接触面分别出现了应力集中。随着U型接头和槽型接头分别向相反方向运动，上下压力区域更为集中。当铆钉的连接处发生塑性变形后，连接面左右压力正负相反、上下也相反。当铆钉连接处发生断裂后，应力集中区域释放，其他区域受力增加。分析发现铆钉破坏开始于400μs左右，铆钉完全断裂发生在700μs左右。U型接头和槽型接头分离速度时程曲线如图6所示。040080012001600-0.50.00.51.01.52.02.53.0速度/(m·s-1)时间/μsa）U型接头图6U型接头和槽型接头的速度时程曲线Fig.6Velocity-timeCurvesofGrooveJointandUShapeJoint040080012001600-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0速度/(m·s-1)时间/μsb）槽型接头续图6由图6可以看出，槽型接头运动过程比较稳定，但是U型接头在分离过程中速度出现波动，这一现象出现的原因可能与结构刚度有关?
【参考文献】：
期刊论文
[1]削弱槽位置对膨胀管分离装置冲击特性的影响[J]. 冯丽娜,李东,田建东,孙璟,吴晗玲. 导弹与航天运载技术. 2019(03)
[2]汽车安全气囊静态起爆虚拟仿真实验研究[J]. 高奇,杨胜,孙一瑶. 实验技术与管理. 2018(07)
[3]运载火箭助推器伞控回收方案及安全性分析[J]. 徐倩,郭凤明,苏玲,陈彬,张宏剑. 宇航总体技术. 2017(03)
[4]线性分离装置分离性能仿真[J]. 王江,李虹. 强度与环境. 2011(02)
[5]分离结构在冲击载荷作用下的破坏机理研究[J]. 宋保永,卢红立,阳志光,王永刚,秦焜,董新龙,周风华. 兵工学报. 2009(S2)
[6]汽车正面气囊充气过程仿真技术[J]. 张君媛,兰海涛,杨秀坤,李红建,唐洪斌. 吉林大学学报(工学版). 2008(06)
博士论文
[1]线式爆炸分离碎片飞散安全性研究[D]. 文学军.国防科学技术大学 2016
[2]气囊展开及其与环境相互作用计算技术研究[D]. 王喜军.大连理工大学 2015
本文编号：3054123
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
气囊分离装置结构组成与工作原理示意b）分离后
温后进入气囊，燃气使气囊膨胀，气囊产生的压力作用在U型接头和槽型接头上，剪断连接铆钉，将两个对接接头推离开，实现两瓣罩的解锁、平推分离；气囊为密闭结构，炸药索燃烧产生的固体微粒和残余燃气集聚在气囊、衰减管内不溢出，避免污染整流罩内其他产品[1]。a）分离前b）分离后图1气囊分离装置结构组成与工作原理示意Fig.1StructureCompositionandWorkingPrincipleDiagramoftheAirBagSeparationDevice2有限元模型2.1有限元模型及网格剖分建立1/2对称结构的三维有限元计算模型，如图2所示。a）整体模型b）气囊c）衰减管d）铆钉图2气囊分离装置有限元模型Fig.2FiniteElementModelofAirBagSeparationDevice在对称面处设置对称边界条件，其余均为自由边界。有限元模型由炸药索、空气域、U型接头、槽型接头、铆钉、上配重、下配重、外衰减管、内衰减管等部分组成。配重与U型接头和槽型接头之间采用共节点连接。炸药索和空气域为Euler网格，其他部件为Lagrange网格，欧拉场的外侧边界为压力外流边界条
导弹与航天运载技术2020年10引爆后，爆轰压力沿着衰减管内外管管口扩散，所到之处压力急剧升高，最终扩散到衰减管外的气囊中。115μs左右时压力已传播到气囊全部空间，随着气囊膨胀，槽型接头和U型接头分别向下和向上运动，气囊体积增大，气囊内各处压力已逐渐平衡并不断下降，3500μs左右时，压力已下降到1个标准大气压左右，气囊逐渐失去对外做功能力。a）t=35μsb）t=115μsc）t=350μsd）t=575μs图4爆轰压力的扩散过程Fig.4DiffusionProcessofDetonationPressure铆钉压力场分布如图5所示。a）t=25μsb）t=100μsc）t=400μsd）t=700μs图5铆钉压力场分布计算结果Fig.5CalculationEesultfoEivetPressureFieldDistribution从图5可见，25μs时铆钉上下接触面分别出现了应力集中。随着U型接头和槽型接头分别向相反方向运动，上下压力区域更为集中。当铆钉的连接处发生塑性变形后，连接面左右压力正负相反、上下也相反。当铆钉连接处发生断裂后，应力集中区域释放，其他区域受力增加。分析发现铆钉破坏开始于400μs左右，铆钉完全断裂发生在700μs左右。U型接头和槽型接头分离速度时程曲线如图6所示。040080012001600-0.50.00.51.01.52.02.53.0速度/(m·s-1)时间/μsa）U型接头图6U型接头和槽型接头的速度时程曲线Fig.6Velocity-timeCurvesofGrooveJointandUShapeJoint040080012001600-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0速度/(m·s-1)时间/μsb）槽型接头续图6由图6可以看出，槽型接头运动过程比较稳定，但是U型接头在分离过程中速度出现波动，这一现象出现的原因可能与结构刚度有关?
【参考文献】：
期刊论文
[1]削弱槽位置对膨胀管分离装置冲击特性的影响[J]. 冯丽娜,李东,田建东,孙璟,吴晗玲. 导弹与航天运载技术. 2019(03)
[2]汽车安全气囊静态起爆虚拟仿真实验研究[J]. 高奇,杨胜,孙一瑶. 实验技术与管理. 2018(07)
[3]运载火箭助推器伞控回收方案及安全性分析[J]. 徐倩,郭凤明,苏玲,陈彬,张宏剑. 宇航总体技术. 2017(03)
[4]线性分离装置分离性能仿真[J]. 王江,李虹. 强度与环境. 2011(02)
[5]分离结构在冲击载荷作用下的破坏机理研究[J]. 宋保永,卢红立,阳志光,王永刚,秦焜,董新龙,周风华. 兵工学报. 2009(S2)
[6]汽车正面气囊充气过程仿真技术[J]. 张君媛,兰海涛,杨秀坤,李红建,唐洪斌. 吉林大学学报(工学版). 2008(06)
博士论文
[1]线式爆炸分离碎片飞散安全性研究[D]. 文学军.国防科学技术大学 2016
[2]气囊展开及其与环境相互作用计算技术研究[D]. 王喜军.大连理工大学 2015
本文编号：3054123
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