固体火箭发动机绝热层自动缠绕成型轨迹规划

发布时间：2021-11-01 02:51

　　固体火箭发动机壳体内绝热层是介于发动机复合材料壳体与固体推进剂之间的一层隔热、耐烧蚀材料,其主要作用是通过自身不断分解和烧蚀,并带走大部分热量来保护发动机壳体在高温、高压燃气下的正常工作,是固体发动机必不可少的重要组成部分。目前,国内EPDM橡胶绝热层成型主要采用人工贴片方法,效率低、劳动强度大、质量稳定性差,且绝热层自动化缠绕装备及缠绕工艺研究尚处于起步阶段,缠绕效率低,缠绕质量差。变厚度绝热层橡胶表面自动缠绕轨迹规划是保证绝热层高质量自动缠绕成型的关键。本文针对固体火箭发动机绝热层缠绕成型运动轨迹规划展开研究,主要研究内容包括:分析设计绝热层自动化缠绕设备总体方案,提出一种固体火箭发动机筒段绝热层自动缠绕成型方案;通过分析固体火箭发动机芯模表面几何特征及绝热层缠绕成型要求,提出满足不同型号芯模的通用橡胶胶带宽度与厚度的计算方法,按“自然路径”铺带原则研究芯模不同筒段处变厚度变曲率绝热层缠绕路径,实现发动机筒段绝热层自动化连续缠绕;研究自动化缠绕设备的运动学及轨迹规划方法,分析绝热层橡胶变形区域缠绕正压力面应力最小值及其对应位置,依据赫兹接触理论得出缠绕压辊沿其支撑轴线进入橡胶绝热层... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 自动铺带技术发展现状
        1.3.2 绝热层自动缠绕成型技术发展现状
        1.3.3 绝热层缠绕轨迹规划技术的研究
    1.4 论文主要研究内容与总体框架
2 固体火箭发动机绝热层自动化缠绕设备整体方案
    2.1 引言
    2.2 固体火箭发动机绝热层自动化缠绕设备总体方案
    2.3 缠绕设备工艺参数分析
        2.3.1 缠绕设备基本运动分析
        2.3.2 绝热层缠绕成型压力控制方法
        2.3.3 缠绕胶带的温度控制
        2.3.4 缠绕胶带的位置纠偏
        2.3.5 缠绕胶带防拉伸变形与防污染方法
    2.4 自动化缠绕设备缠绕过程分析
    2.5 本章小结
3 固体火箭发动机绝热层自动缠绕成型路径规划
    3.1 引言
    3.2 绝热层芯模外形及缠绕工艺分析
        3.2.1 绝热层芯模外形分析
        3.2.2 绝热层自动缠绕成型特点
    3.3 绝热层缠绕通用胶带宽度计算
    3.4 圆柱面“自然路径”缠绕分析
        3.4.1 “自然路径”规划分析
        3.4.2 圆柱面测地线与圆柱螺旋线等价证明
        3.4.3 圆柱面“自然路径”缠绕螺旋线参数方程
    3.5 绝热层自动缠绕成型路径规划
        3.5.1 固体火箭发动机筒段直段处绝热层缠绕路径规划
        3.5.2 固体火箭发动机筒段端部绝热层缠绕路径规划
        3.5.3 芯模形状变化部分平叠缠绕分析
        3.5.4 芯模筒段整体缠绕方案总结
    3.6 缠绕路径实例分析
    3.7 本章小结
4 绝热层缠绕成型轨迹编程与仿真验证
    4.1 引言
    4.2 空间描述和变换理论基础
        4.2.1 位姿描述
        4.2.2 世界坐标系与空间中直角坐标系之间的变换方程
    4.3 缠绕成型设备整体运动分析
        4.3.1 缠绕成型设备运动学建模与正解求解
        4.3.2 缠绕成型设备运动学逆解求解
    4.4 绝热层缠绕压力控制方法
        4.4.1 赫兹接触理论
        4.4.2 缠绕压力控制
    4.5 缠绕速度协调性分析
        4.5.1 缠绕速度分析
        4.5.2 缠绕速度协调
    4.6 缠绕设备运动学仿真验证
        4.6.1 运动学仿真
        4.6.2 轨迹规划仿真
    4.7 本章小结
5 固体火箭发动机绝热层自动缠绕轨迹规划与仿真系统
    5.1 系统开发平台简介
    5.2 缠绕成型系统建模与运动仿真模块
        5.2.1 三维建模与图形显示
        5.2.2 运动仿真模块
    5.3 固体火箭发动机绝热层缠绕路径有效性检验
    5.4 绝热层缠绕路径仿真结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]固体发动机绝热材料烧蚀研究进展[J]. 李江,郭梦飞,刘洋,何国强.  宇航学报. 2019(10)
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[3]运载火箭固体发动机复合材料技术发展现状[J]. 崔红,李瑞珍.  宇航材料工艺. 2014(03)
[4]预缩机挤压区域橡胶毯径向长度模型[J]. 周丽春,谢洋,金福江,汤仪平.  纺织学报. 2012(12)
[5]新型内绝热技术的突破性进展[J]. 苏昌银,张永侠,吴宏伟,张仲.  固体火箭技术. 2012(05)
[6]大型复合材料筒形结构自动铺带技术[J]. 张蕾,王俊锋,刘伟,熊艳丽,范佳.  宇航材料工艺. 2011(03)
[7]大型筒段构件自动铺带成型技术[J]. 文立伟,张建宝,肖军,刘伟,齐俊伟.  航空学报. 2009(12)
[8]三元乙丙橡胶绝热层在固体火箭发动机中的应用[J]. 汪建丽,王红丽,熊治荣,张崇耿.  宇航材料工艺. 2009(02)
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博士论文
[1]预浸带缠绕成型筒形件关键性能建模及其工艺参数优化设计[D]. 康超.西北工业大学 2018
[2]碳纤维预浸带自动铺放轨迹规划与铺放适宜性研究[D]. 张鹏.华中科技大学 2016
[3]复合材料自动铺放CAD/CAM关键技术研究[D]. 还大军.南京航空航天大学 2010

硕士论文
[1]回转体自动铺丝轨迹规划及边界处理[D]. 马丁.南京航空航天大学 2016
[2]J210三元乙丙内绝热层及其应用研究[D]. 张海鹏.国防科学技术大学 2012
[3]数控布带缠绕机工艺参数控制方法研究[D]. 马正锋.西北工业大学 2007
[4]锥壳自动铺带技术研究[D]. 张振甫.南京航空航天大学 2007
[5]圆锥体的铺放机理研究及计算机仿真[D]. 黄亚辉.武汉理工大学 2005



本文编号：3469377