大长径比单室双推力药柱点火初期结构完整性分析
发布时间：2021-11-03 09:18
小型防空导弹通常采用一种形状较为特别的大长径比单室双推力药柱型式，世界很多国家在此类药柱的动静态实验中多次发生因装药结构失效而引起的壳体烧穿或燃烧室爆炸事故。我国某型号固体火箭发动机在出厂一段时间后实验，发生点火初期爆炸事故。经初步研究表明，药柱的加工误差、受高温环境影响引起的蠕变变形等均会产生上、下凹槽尺寸的不对称，凹槽的不对称性致使药柱上下压力分布严重不对称。因此分析该类药柱的结构完整性对于分析发动机在工作过程中出现的异常状况非常必要。本文应用数值计算方法研究了不对称凹槽尺度下的燃烧室压力分布和药柱的承载，进而进行了药柱结构完整性分析。首先用SolidWorks软件进行物理建模，通过ICEM软件划分网格，应用FLUENT软件对开槽单室双推力固体火箭发动机三维内流场进行数值模拟，得到不同开槽状态下的燃烧初始时刻和药柱燃烧掉1mm肉厚时发动机燃烧室的流场分布。将计算所得的压力场数据在Workbench平台下传递给ANSYS软件，加载在药柱受力面上，然后通过ANSYS软件对不同状态的药柱结构进行力学分析，得到药柱的整体形变和应力应变场，进而分析装药的危险部位和点火初期发生爆炸的原因。计算...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大长径比单室双推力固体火箭发动机内部结构示意图
康拇蟪ぞ侗鹊ナ宜?屏?烫寤鸺?⒍??┲?Ｐ腿缤?1.2 所示。图 1.2 固体火箭发动装药结构图1.2 药柱结构完整性研究一般情况下，固体火箭发动机的工作环境都十分恶劣，这样会使发动机内的推进剂药柱受载情况恶劣。药柱在点火初始时刻，燃烧室内的压强变化对药柱结构的应力、应变有很大的影响，当药柱受到很大的内压载荷时，如果它不能承受高过载，将会受到破坏，造成发动机不能正常工作甚至发生爆炸。因此，这类固体火箭发动机在使用前必须进行药柱的破坏分析，进而判断药柱的结构完整性。固体火箭发动机药柱结构完整性分析是要判断发动机药柱在各种可能的载荷作用和环境条件下，其应力、应变、形变是否满足强度准则。由于本文所研究的发动机药柱形式特别，并且此类药柱在点火初始时刻，燃烧室内的压强变化对药柱结构的应力、应变有很大的影响，因此我们重点研究点火启动初期的内压载荷及槽深不对称引起的表面压力差对药柱结构完整性产生的影响。在进行了药柱的结构完整性分析后，要能保证药柱在各种载荷的作用下，达到以下要求[1]：1、药柱的内表面不出现裂纹或者变形，以避免引起燃烧面积的增大，破坏预订的推力-时间曲线和压力-时间曲线。2、发动机壳体和药柱的粘结面不会发生脱粘现象，以避免引起药柱燃烧面积增大，破坏原本的燃烧规律而使燃烧室内发生不稳定燃烧，或者引起壳体烧穿。3、药柱没有过大的径向位移或者弯曲，以避免引起通气面积过小而出现严重的初始压力峰或者由于弯曲而造成发动机喷管被推进剂药柱堵塞。4、药柱不发生自燃。由于药柱除了充当固体火箭发动机的燃料外还在发动机中充当重要的结构部件，因此，为了完成药柱的结构完整性分析，必须进行药柱结构应力分析。所谓药柱结构应力分析，就是通过研究药柱在各种载荷作用下的应力响应，发现药柱各个部位的应力集中
3 章 药柱结构完整性分析的理论基础剂药柱的力学性能动机药柱从生产出厂到点火发射期间都会受到各种载荷的。当药柱受到很大的内压载荷时，如果它不能承受高过载，成发动机不能正常工作，甚至出现爆炸或者壳体烧穿等灾难药柱从生产到点火发射期间不产生任何不允许的变形、裂缝发动机在工作时出现异常情况，我们要求所选用的固体推进的力学性能包括抗拉强度、抗压强度、延伸率和松弛模量等弹性材料组成，因此他们的力学性能都表现出与时间、温度对某由粘弹性材料制成的推进剂试样施加一个恒定载荷，样形变与温度的关系，即热—机械曲线图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于子循环-预测校正的三维SRM点火瞬态流固耦合数值模拟[J]. 高双武,强洪夫,周伟,马昌兵. 计算力学学报. 2011(S1)
[2]带径向翼槽SRM点火瞬间流固耦合数值分析[J]. 曹琪,李进贤,唐金兰. 计算机仿真. 2009(12)
[3]固体火箭发动机快速升压过程的流固耦合分析[J]. 于胜春,赵汝岩,许涛,谢丽宽,王广. 固体火箭技术. 2008(03)
[4]药柱裂纹对固体火箭发动机工作过程的影响[J]. 刘著卿,颜世东,丁彪. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
[5]过载对固体火箭发动机影响的研究[J]. 刘世东. 航空兵器. 2006(06)
[6]固体发动机药柱表面裂纹分析[J]. 袁端才,唐国金,雷勇军,蒙上阳. 试验技术与试验机. 2006(01)
[7]大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程数值分析[J]. 钟涛,张为华,王中伟. 国防科技大学学报. 2004(06)
[8]固体火箭发动机药柱大变形数值分析[J]. 张建伟,孙冰. 固体火箭技术. 2004(04)
[9]固化降温过程中推进剂药柱的瞬态响应分析[J]. 徐新琦,于胜春. 固体火箭技术. 2004(03)
[10]轴向过载下固体推进剂药柱变形研究[J]. 刘中兵,利凤祥,李越森,胡春波. 推进技术. 2004(02)
博士论文
[1]固体火箭发动机药柱结构完整性及可靠性分析[D]. 朱卫兵.哈尔滨工程大学 2005
[2]固体火箭发动机点火过程与装药裂纹相互作用机理研究[D]. 葛爱学.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]开槽单室双推力固体火箭发动机三维内流场数值计算[D]. 孙娜.哈尔滨工程大学 2009
[2]固体火箭发动机药柱结构完整性分析[D]. 兰薇薇.哈尔滨工业大学 2008
[3]固体火箭发动机复合推进剂装药结构完整性分析[D]. 颜彬.南京理工大学 2007
[4]温度和内压作用下装药结构完整性分析[D]. 韦世锋.西北工业大学 2006
本文编号：3473435
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大长径比单室双推力固体火箭发动机内部结构示意图
康拇蟪ぞ侗鹊ナ宜?屏?烫寤鸺?⒍??┲?Ｐ腿缤?1.2 所示。图 1.2 固体火箭发动装药结构图1.2 药柱结构完整性研究一般情况下，固体火箭发动机的工作环境都十分恶劣，这样会使发动机内的推进剂药柱受载情况恶劣。药柱在点火初始时刻，燃烧室内的压强变化对药柱结构的应力、应变有很大的影响，当药柱受到很大的内压载荷时，如果它不能承受高过载，将会受到破坏，造成发动机不能正常工作甚至发生爆炸。因此，这类固体火箭发动机在使用前必须进行药柱的破坏分析，进而判断药柱的结构完整性。固体火箭发动机药柱结构完整性分析是要判断发动机药柱在各种可能的载荷作用和环境条件下，其应力、应变、形变是否满足强度准则。由于本文所研究的发动机药柱形式特别，并且此类药柱在点火初始时刻，燃烧室内的压强变化对药柱结构的应力、应变有很大的影响，因此我们重点研究点火启动初期的内压载荷及槽深不对称引起的表面压力差对药柱结构完整性产生的影响。在进行了药柱的结构完整性分析后，要能保证药柱在各种载荷的作用下，达到以下要求[1]：1、药柱的内表面不出现裂纹或者变形，以避免引起燃烧面积的增大，破坏预订的推力-时间曲线和压力-时间曲线。2、发动机壳体和药柱的粘结面不会发生脱粘现象，以避免引起药柱燃烧面积增大，破坏原本的燃烧规律而使燃烧室内发生不稳定燃烧，或者引起壳体烧穿。3、药柱没有过大的径向位移或者弯曲，以避免引起通气面积过小而出现严重的初始压力峰或者由于弯曲而造成发动机喷管被推进剂药柱堵塞。4、药柱不发生自燃。由于药柱除了充当固体火箭发动机的燃料外还在发动机中充当重要的结构部件，因此，为了完成药柱的结构完整性分析，必须进行药柱结构应力分析。所谓药柱结构应力分析，就是通过研究药柱在各种载荷作用下的应力响应，发现药柱各个部位的应力集中
3 章 药柱结构完整性分析的理论基础剂药柱的力学性能动机药柱从生产出厂到点火发射期间都会受到各种载荷的。当药柱受到很大的内压载荷时，如果它不能承受高过载，成发动机不能正常工作，甚至出现爆炸或者壳体烧穿等灾难药柱从生产到点火发射期间不产生任何不允许的变形、裂缝发动机在工作时出现异常情况，我们要求所选用的固体推进的力学性能包括抗拉强度、抗压强度、延伸率和松弛模量等弹性材料组成，因此他们的力学性能都表现出与时间、温度对某由粘弹性材料制成的推进剂试样施加一个恒定载荷，样形变与温度的关系，即热—机械曲线图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于子循环-预测校正的三维SRM点火瞬态流固耦合数值模拟[J]. 高双武,强洪夫,周伟,马昌兵. 计算力学学报. 2011(S1)
[2]带径向翼槽SRM点火瞬间流固耦合数值分析[J]. 曹琪,李进贤,唐金兰. 计算机仿真. 2009(12)
[3]固体火箭发动机快速升压过程的流固耦合分析[J]. 于胜春,赵汝岩,许涛,谢丽宽,王广. 固体火箭技术. 2008(03)
[4]药柱裂纹对固体火箭发动机工作过程的影响[J]. 刘著卿,颜世东,丁彪. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
[5]过载对固体火箭发动机影响的研究[J]. 刘世东. 航空兵器. 2006(06)
[6]固体发动机药柱表面裂纹分析[J]. 袁端才,唐国金,雷勇军,蒙上阳. 试验技术与试验机. 2006(01)
[7]大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程数值分析[J]. 钟涛,张为华,王中伟. 国防科技大学学报. 2004(06)
[8]固体火箭发动机药柱大变形数值分析[J]. 张建伟,孙冰. 固体火箭技术. 2004(04)
[9]固化降温过程中推进剂药柱的瞬态响应分析[J]. 徐新琦,于胜春. 固体火箭技术. 2004(03)
[10]轴向过载下固体推进剂药柱变形研究[J]. 刘中兵,利凤祥,李越森,胡春波. 推进技术. 2004(02)
博士论文
[1]固体火箭发动机药柱结构完整性及可靠性分析[D]. 朱卫兵.哈尔滨工程大学 2005
[2]固体火箭发动机点火过程与装药裂纹相互作用机理研究[D]. 葛爱学.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]开槽单室双推力固体火箭发动机三维内流场数值计算[D]. 孙娜.哈尔滨工程大学 2009
[2]固体火箭发动机药柱结构完整性分析[D]. 兰薇薇.哈尔滨工业大学 2008
[3]固体火箭发动机复合推进剂装药结构完整性分析[D]. 颜彬.南京理工大学 2007
[4]温度和内压作用下装药结构完整性分析[D]. 韦世锋.西北工业大学 2006
本文编号：3473435
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