本文關鍵詞：固體火箭發(fā)動機結構強度與藥柱減面燃燒分析

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【摘要】：在火箭彈和導彈中,廣泛地采用固體火箭發(fā)動機作為動力裝置。對固體火箭發(fā)動機結構的分析與優(yōu)化,以及固體推進劑減面燃燒規(guī)律的研究,可以有效地提高火箭發(fā)動機的效率,增加火箭彈和導彈的射程,或增加戰(zhàn)斗部裝藥量,提高導彈的威力。本文基于有限元法和試驗方法,對螺紋連接的導彈發(fā)動機燃燒室殼體進行了強度分析和優(yōu)化設計,對復合結構噴管進行了熱應力分析。利用解析法推導了減面燃燒藥柱的燃面公式,研究了藥柱的燃燒規(guī)律,得到了星孔型藥柱、車輪型藥柱、套管型藥柱和管型藥柱減面燃燒時的選用準則。主要工作內容如下:第一,分析了螺紋連接導彈發(fā)動機的結構強度,解決了螺紋連接處的接觸定義,利用目標驅動優(yōu)化方法對燃燒室殼體的等壁厚段進行了優(yōu)化設計。研究結果表明:螺紋連接的燃燒室殼體符合強度要求,最大應力點在前殼體過渡圓弧較小處。水壓試驗和熱試車試驗后的燃燒室殼體結構完整,證明了結構強度符合要求。優(yōu)化后燃燒室殼體的總質量減輕了4.5%。第二,分析了復合結構噴管內燃氣流場的溫度分布,將得到的溫度分布加載到噴管內型面上,得到了噴管的溫度分布,采用熱-結構耦合求解出噴管承受的熱應力。研究結果表明:噴管殼體的溫度明顯低于耐燒蝕層的溫度,沒有添加隔熱層的部分,溫度高于添加隔熱層的部分。在不同材料的接觸處溫度梯度變化最大。復合結構噴管的最大熱應力點出現在耐燒蝕層和殼體的接觸處。有限元分析的溫度分布與熱試車后噴管的表面燒蝕情況相符。熱試車后復合結構噴管完整,結構滿足強度要求。第三,分別研究了星型藥柱、車輪型藥柱、套管型藥柱和管型藥柱的減面性。得到了減面燃燒藥柱的選用原則。研究結果表明:星孔型藥柱和車輪型藥柱的減面性大,且減面性可調范圍大,套管型藥柱和短管型藥柱的減面性小。減面性較小時,優(yōu)先選用短管型藥柱。星孔型藥柱的星角數和車輪型藥柱的輪臂數相同時,相同的減面性,星孔型藥柱的裝填系數和肉厚系數都大于車輪型藥柱。減面性較大時,優(yōu)先選用星孔型藥柱。
【關鍵詞】：固體火箭發(fā)動機 燃燒室殼體 復合結構噴管 固體推進劑 減面燃燒
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V435
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 課題研究的背景12-13
• 1.2 課題研究的目的、意義13-14
• 1.3 國內外研究現狀分析14-18
• 1.3.1 內彈道的國內外研究現狀14-15
• 1.3.2 噴管的國內外研究現狀15
• 1.3.3 燃燒室殼體的國內外研究現狀15-17
• 1.3.4 發(fā)動機結構優(yōu)化設計的國內外研究現狀17-18
• 1.4 本文主要內容18-19
• 第2章 有限元分析理論19-27
• 2.1 固體推進劑的燃燒19-20
• 2.1.1 幾何燃燒定律19
• 2.1.2 減面燃燒規(guī)律19-20
• 2.2 MATLAB數學軟件20
• 2.3 Pro-E三維建模軟件20-21
• 2.3.1 Pro-E的應用領域21
• 2.3.2 Pro-E的主要模塊21
• 2.4 有限元分析方法21-24
• 2.4.1 結構靜力學分析21-22
• 2.4.2 結構優(yōu)化分析22-23
• 2.4.3 熱力學分析23-24
• 2.5 湍流數學模型24-26
• 2.6 本章小結26-27
• 第3章 導彈發(fā)動機燃燒室殼體強度分析與優(yōu)化設計27-39
• 3.1 研究方法的確立27
• 3.2 導彈發(fā)動機的實體結構27-28
• 3.3 燃燒室殼體有限元模型28-30
• 3.3.1 模型離散化28-29
• 3.3.2 燃燒室殼體螺紋連接處定義29
• 3.3.3 邊界條件29-30
• 3.3.4 材料參數30
• 3.4 燃燒室殼體的強度分析30-33
• 3.4.1 燃燒室殼體的最大應力分析30-31
• 3.4.2 燃燒室殼體螺紋連接處的應力分布31-33
• 3.5 燃燒室殼體試驗33-35
• 3.5.1 水壓試驗33-34
• 3.5.2 熱試車試驗34-35
• 3.6 優(yōu)化設計35-37
• 3.6.1 設計變量的確定35-36
• 3.6.2 約束條件、優(yōu)化目標和優(yōu)化方法的確定36
• 3.6.3 優(yōu)化結果36
• 3.6.4 設計變量的敏感度分析36-37
• 3.7 本章小結37-39
• 第4章 復合結構固體火箭發(fā)動機噴管熱分析39-52
• 4.1 研究方法39
• 4.2 復合結構噴管有限元模型39-41
• 4.3 噴管內燃氣流動分析41-44
• 4.3.1 模型假設41
• 4.3.2 模型建立41-42
• 4.3.3 數學模型的選擇42
• 4.3.4 邊界條件的設置42
• 4.3.5 計算結果分析42-44
• 4.4 復合結構噴管熱分析44-48
• 4.4.1 模型的建立44-45
• 4.4.2 材料參數45
• 4.4.3 邊界條件的設置45-46
• 4.4.4 復合噴管的溫度場分布46-48
• 4.5 熱應力分析48-49
• 4.6 熱試車試驗49-50
• 4.7 本章小結50-52
• 第5章 減面燃燒規(guī)律的藥柱選用準則研究52-67
• 5.1 藥柱燃面變化規(guī)律52-64
• 5.1.1 星孔型藥柱52-56
• 5.1.2 車輪形藥柱56-61
• 5.1.3 套管型藥柱61-63
• 5.1.4 短管型藥柱63-64
• 5.2 算例驗證64-65
• 5.3 減面性分析與比較65
• 5.4 本章小結65-67
• 結論與展望67-70
• 參考文獻70-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果74-75
• 致謝75-76

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本文編號：677130