基于改进型多项式混沌展开的固体火箭发动机药柱低温点火不确定性量化分析
发布时间：2022-01-10 13:18
基于映射法求解多项式混沌展开（PCE）系数过程中,不恰当的PCE阶数与高斯节点数会引起过拟合与欠拟合现象,严重影响PCE代理模型的计算精度。为避免过拟合与欠拟合现象,提出了改进型PCE方法。确定自适应PCE阶数P*和自适应均匀网格（N*）d,并通过P*和（N*）d计算各输入变量的灵敏度指数;基于所得灵敏度指数建立自适应非均匀网格,求解PCE系数。采用所提方法对固体火箭发动机药柱低温点火算例进行分析,研究材料参数随机性对药柱输出响应的影响,获得输出响应的概率分布。研究结果表明,与传统方法对比,所提方法能够得到更加精确的不确定性量化分析结果,验证了所提方法的准确性与高效性。
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
基于改进型PCE方法不确定性量化流程图
某固体火箭发动机由壳体、绝缘层和六角星形药柱构成，且药柱材料为异佛尔酮二异氰酸酯/端羟基聚丁二烯(IPDI-HTPB)丁羟基推进剂。考虑到发动机几何构型和载荷的对称性，建立药柱结构的1/12周期对称性模型，如图2所示。几何参数:药柱长度L=1 600×10-3m、壳体厚度Rc=4×10-3m、绝缘层厚度Ri=2.7×10-3m、药柱外半径r=250×10-3m、药柱内半径ri=32.5×10-3m、肉厚D=130×10-3m、星角数S=6、星槽圆弧半径Pg=5×10-3m、星边夹角B=47°、星角系数ε=0.8、星跟圆弧半径Pb=11×10-3m.以该固体发动机低温点火为例:点火前，药柱经4 d时间由零应力温度(58℃)降至-40℃，药柱承受-40℃温度载荷单独作用;药柱在-40℃自身温度条件下点火后，药柱承受温度载荷预应变与内压载荷的联合叠加作用。设点火后的0.15 s时刻，药柱燃烧室内压(点火药与推进剂燃烧所引起)达到初始压力峰值且压力峰值为44 MPa(假设点火药与推进剂燃烧充分)[10];点火后药柱内表面温度为2 500℃．
药柱低温点火过程中，受温度载荷与内压载荷双重叠加作用。文献[30]指出:在温度载荷作用下，主要影响结构完整性的是药柱的泊松比PRXY与线膨胀系数ALPX;在内压载荷作用下，主要影响结构完整性的是药柱泊松比及推进剂初始模量，但只有较小的推进剂初始模量对应变响应作用明显。药柱低温点火过程中的初始模量不属于较小初始模量范畴，故本文选择推进剂线膨胀系数与泊松比作为研究的不确定性因素，其分布信息如表2所示。当参考温度为293.27 K时，表示时间-温度移位因子的WLF方程可以表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于稀疏多项式混沌展开的孤岛微电网概率潮流计算[J]. 何琨,徐潇源,严正,王晗,洪元瑞. 电力系统自动化. 2019(02)
[2]自由装填式固体火箭发动机药柱低温点火结构完整性分析[J]. 邓康清,张路,庞爱民,余瑞,杨玲,信培培. 固体火箭技术. 2018(04)
[3]低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析[J]. 宋仕雄,史宏斌,刘中兵,沙宝林. 固体火箭技术. 2018(03)
[4]固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析[J]. 刘中兵,周艳青,张兵. 固体火箭技术. 2015(03)
[5]固体发动机低温点火适应性模拟试验技术[J]. 刘中兵,张兵,周艳青. 固体火箭技术. 2015(02)
[6]点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响[J]. 刘赟,王浩,陶如意,朱德龙. 含能材料. 2013(01)
[7]基于粘弹性随机有限元的固体推进剂药柱可靠性分析[J]. 张海联,周建平. 固体火箭技术. 2003(03)
[8]材料性能对固体发动机结构完整性的影响[J]. 蒙上阳,唐国金,雷勇军. 国防科技大学学报. 2002(05)
博士论文
[1]固体火箭发动机粘弹性药柱的动态可靠度分析[D]. 张书俊.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]某型固体火箭发动机药柱结构完整性研究[D]. 高凤莲.国防科学技术大学 2012
本文编号：3580783
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
基于改进型PCE方法不确定性量化流程图
某固体火箭发动机由壳体、绝缘层和六角星形药柱构成，且药柱材料为异佛尔酮二异氰酸酯/端羟基聚丁二烯(IPDI-HTPB)丁羟基推进剂。考虑到发动机几何构型和载荷的对称性，建立药柱结构的1/12周期对称性模型，如图2所示。几何参数:药柱长度L=1 600×10-3m、壳体厚度Rc=4×10-3m、绝缘层厚度Ri=2.7×10-3m、药柱外半径r=250×10-3m、药柱内半径ri=32.5×10-3m、肉厚D=130×10-3m、星角数S=6、星槽圆弧半径Pg=5×10-3m、星边夹角B=47°、星角系数ε=0.8、星跟圆弧半径Pb=11×10-3m.以该固体发动机低温点火为例:点火前，药柱经4 d时间由零应力温度(58℃)降至-40℃，药柱承受-40℃温度载荷单独作用;药柱在-40℃自身温度条件下点火后，药柱承受温度载荷预应变与内压载荷的联合叠加作用。设点火后的0.15 s时刻，药柱燃烧室内压(点火药与推进剂燃烧所引起)达到初始压力峰值且压力峰值为44 MPa(假设点火药与推进剂燃烧充分)[10];点火后药柱内表面温度为2 500℃．
药柱低温点火过程中，受温度载荷与内压载荷双重叠加作用。文献[30]指出:在温度载荷作用下，主要影响结构完整性的是药柱的泊松比PRXY与线膨胀系数ALPX;在内压载荷作用下，主要影响结构完整性的是药柱泊松比及推进剂初始模量，但只有较小的推进剂初始模量对应变响应作用明显。药柱低温点火过程中的初始模量不属于较小初始模量范畴，故本文选择推进剂线膨胀系数与泊松比作为研究的不确定性因素，其分布信息如表2所示。当参考温度为293.27 K时，表示时间-温度移位因子的WLF方程可以表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于稀疏多项式混沌展开的孤岛微电网概率潮流计算[J]. 何琨,徐潇源,严正,王晗,洪元瑞. 电力系统自动化. 2019(02)
[2]自由装填式固体火箭发动机药柱低温点火结构完整性分析[J]. 邓康清,张路,庞爱民,余瑞,杨玲,信培培. 固体火箭技术. 2018(04)
[3]低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析[J]. 宋仕雄,史宏斌,刘中兵,沙宝林. 固体火箭技术. 2018(03)
[4]固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析[J]. 刘中兵,周艳青,张兵. 固体火箭技术. 2015(03)
[5]固体发动机低温点火适应性模拟试验技术[J]. 刘中兵,张兵,周艳青. 固体火箭技术. 2015(02)
[6]点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响[J]. 刘赟,王浩,陶如意,朱德龙. 含能材料. 2013(01)
[7]基于粘弹性随机有限元的固体推进剂药柱可靠性分析[J]. 张海联,周建平. 固体火箭技术. 2003(03)
[8]材料性能对固体发动机结构完整性的影响[J]. 蒙上阳,唐国金,雷勇军. 国防科技大学学报. 2002(05)
博士论文
[1]固体火箭发动机粘弹性药柱的动态可靠度分析[D]. 张书俊.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]某型固体火箭发动机药柱结构完整性研究[D]. 高凤莲.国防科学技术大学 2012
本文编号：3580783
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