低温点火条件下发动机装药结构完整性分析及验证

为评估某固体发动机装药低温点火条件下安全系数,开展了发动机装药结构完整性仿真和试验研究。基于三维线粘弹性模型,通过有限元软件分析了某发动机装药在低温和内压载荷下的结构完整性。利用快速建压试验系统模拟了低温下发动机点火升压过程,获得装药体积变形和最大主应变。对比仿真和试验结果,完成了相应条件下的泊松比反演。结合推进剂低温快慢组合拉伸试验,得到推进剂在模拟低温点火条件下的最大延伸率,从而获取发动机药柱在低温点火条件下的安全系数。

含裂纹HTPB推进剂断裂准则研究

固体推进剂装药的表面裂纹严重影响着发动机的工作安全性。现阶段广泛使用的应力强度因子、J积分等断裂韧性指标不能直接应用于复合推进剂装药。为了得到HTPB推进剂Ⅰ型裂纹在中低应变率下的断裂准则,本文使用试验和数值仿真方法建立了一种基于应变的断裂准则。准则建立过程中分别使用标准试样和单边裂纹试样进行单轴拉伸试验,结合有限元方法计算了裂纹前端的应变强度因子。结果显示对于HTPB推进剂在中低应变率下使用本文中基于应变的断裂准则比基于应力的断裂准则实用性更强。

基于遗传算法的复合推进剂本构参数获取方法

准确的线粘弹性本构参数是进行装药结构完整性分析的基础。文中基于遗传算法提出了复合推进剂单轴松弛模量和体积松弛模量的实验获取方法。通过实验获得了HTPB推进剂的单轴松弛模量参数。将传统方法和文中所用方法进行对比,结果显示基于遗传算法获得的单轴松弛模量数据更加准确,弥补了传统方法不准确的缺点。对单轴拉伸情况下HTPB推进剂线性粘弹性本构模型的适用性进行了讨论,确定了其适用范围。提出的体积松弛模量获取方法对实验设备要求不高,易于实现。

含气孔装药固体火箭发动机结构完整性分析

针对固体火箭发动机装药常见的气孔缺陷,利用线性粘弹性有限元方法和surfacebased fluid cavities技术,建立了发动机三维有限元模型,分别研究了发动机点火增压过程中气孔大小和气孔内流体压力对装药结构完整性影响。结果显示,装药气孔周围存在应力集中,气孔内初始压强越大,气孔周围应力集中现象越弱;气孔直径越大,气孔周围应力集中越严重。