可重复使用发动机管路连接与密封可靠性工作思考

针对可重复使用液体火箭发动机管路连接与密封的可靠性问题,结合某型液体火箭发动机的研制情况,对一次使用发动机与重复使用发动机从任务剖面、环境剖面、寿命剖面及功能要求与结构变化等方面,对比分析了发动机的可靠性需求。针对重复使用发动机的管路连接与密封的可靠性研制具体工作现状开展分析,指出了目前存在的不足,给出了管路连接与密封的可靠性设计与可靠性验证方向,提出了应对思路及管路连接与密封的可靠性工作技术途径,可为后续总体策划及研制重复使用液体火箭发动机提供参考与启发。

基于神经网络的火箭发动机结构动力学优化

针对大推力液体火箭发动机研制中面临的低频结构动力学频率优化问题,采用有限元方法及试验模态方法建立了可信的发动机低频动力学模型,对结构的低频动力学特性进行灵敏度分析,提取对发动机低阶固有频率比较敏感的设计变量。以这些设计变量作为神经网络的输出,待优化的结构固有频率作为输入,通过改进的神经网络建立了映射关系,最后优化得到能使固有频率达到目标值的设计变量值。通过有限元验证,优化结果满足要求。

传感器数据库管理系统设计

以VC++为界面开发工具,利用ACCESS作为后台数据库,开发了传感器数据库管理系统。在数据库设计过程中,进行了数据库系统功能分析、数据库表设计、ADO类封装以及界面框架设计,其功能在实际应用中使用情况良好,为数量庞大的传感器的日常管理和检定提供了方便的途径。

液体火箭发动机健康状态智能检测方法

液体火箭发动机健康检测技术是提高火箭安全性和可靠性的重要技术之一,对其进行研究具有重要的学术和工程应用价值。目前的健康检测方法大多基于特征提取和专家经验,智能检测技术水平急需提高。提出了一种基于卷积自编码器的液体火箭发动机健康状态智能检测方法,对发动机多传感器监测数据进行无监督的特征提取和重构,完成对训练集的学习,并基于隐含层特征和重构误差确定健康状态的中心和监测阈值,然后对测试集各机组状态进行识别,通过对各部件的损失计算可以进一步确定各部件的健康状态。提出方法通过热试车实验数据进行了验证,该方法在测试集上取得了88.9%的准确率,并能够监测整机及各部件的健康状态和退化趋势,结果表明提出方法的有效性和应用潜力。

BP神经网络在结构边界参数识别中的应用

针对建立发动机动力学模型过程中,试车台机架结构边界环境的不确定状况,对神经网络在边界刚度识别中的应用进行了研究。以结构模态频率为网络输入,边界X、Y、Z方向的刚度为输出,通过一种增加训练样本的方法大大提高了网络的映射性能,最终的识别结果达到了预期目标,满足工程需要。

大口径过滤器骨架结构稳定性计算与试验研究

用于500吨级液氧煤油发动机的推进剂入口过滤器具有结构跨度大、迎流安装等特点。在网面压力载荷作用下,作为主要承力结构的过滤器骨架存在失稳风险。对此,在完成过滤器工作载荷分析基础上,通过有限元方法对过滤器骨架结构稳定性进行了计算,获得了结构强度及稳定性余量;其次,进一步设计并开展了过滤器骨架的结构稳定性静力试验。结果表明,过滤器结构方案强度和稳定性余量充足,满足设计要求;结果同时表明,计算结果与试验结果具有较高的一致性,从而验证了计算方法的有效性。

火箭二级发动机一级飞行段力学环境适应性评估方法

针对目前大推力火箭二级发动机在全工作寿命周期内力学环境考核不充分的问题,开展了发动机整机一级飞行段振动力学环境试验考核方法研究。以某型运载火箭芯二级四机并联发动机为研究对象,根据实际箭体条件下模态频率的仿真分析,确定试验方案及边界条件,通过正弦振动、随机振动试验获取加速度及应变数据判别结构薄弱环节,对比试验前后特征级扫描数据评估发动机结构一致性,为发动机优化改进提供依据,最终以振动试验后产品再次试车的数据正常与否作为发动机力学适应性的判据。该型运载火箭首飞及后续飞行试验取得成功,验证了发动机整机振动试验考核方法行之有效,可实现二级发动机全寿命周期的力学环境考核覆盖,对发动机及火箭工作可靠性至关重要,并为其他各型运载火箭二级发动机一级飞行段环境适应性考核提供了参考。

双推力室机架快速优化设计方法研究

针对双推力室发动机机架结构开展快速优化设计方法研究,包括模型参数化和结构的优化设计。通过2种不同工况机架实体和简化模型结构分析结果比较,验证了采用梁单元和MPC单元简化模型进行优化设计的合理性。自编程序直接生成包含机架结构布局和尺寸参数信息的有限元模型文件,解决了传统参数化设计中建模精度和时间对优化设计的制约问题。综合考虑强度、刚度和稳定性进行机架结构布局和轻质化优化设计,机架结构在满足各项约束条件下重量发生明显下降,优化设计收到理想的效果。

联合静力和动力试验数据修正机架的有限元模型

为了获得准确的液体火箭发动机机架的结构动力学模型,采用精细化的结构动力学建模方法,建立了可以同时反映机架静力和动力学特性的详细有限元模型,并以两种状态下实测数据对机架模型进行了进一步修正。开展了固支状态下的静力试验,获得了机架上关键测点的位移响应;开展了自由状态下的模态试验,获得了自由状态下机架的固有频率和振型;最后以静力试验的位移数据和模态试验的固有频率数据为目标函数,对机架各部分材料的弹性模量中关于位移和频率最灵敏的6个参数进行了修正。结果表明:修正后的机架模型不仅在修正采用的频率范围内与实测值吻合得很好,而且在修正采用的频率范围外理论和试验结果的相关性也有较大提高。模型修正中联合静态响应数据和动力学数据是可行的,静力学试验结果可以提供模态试验中得不到的信息,有利于模型修正过程。

火箭发动机轴承摇摆试验技术

大推力火箭发动机摇摆过程中,摇摆轴承使用环境与轴承自身设计指标不同,在承受较大径向载荷的同时,还要承受一定的轴承载荷,并实现低速往复摆动。为获得轴承的静态承载能力摩擦系数及疲劳寿命等关键参数,设计了一种新的轴承试验系统,模拟轴承在发动机不同工作状态下的安装边界和受载形式。通过试验获得了相应的数据,试验结果表明:轴承静态承载能力不小于920 kN,单、双摆状态下的疲劳寿命大于实际使用寿命的10倍,单摆状态的摩擦系数0.045,双摆状态的摩擦系数不大于0.08。目前,经过该方案验证的轴承已多次成功应用于某型液体火箭发动机。

静力试验空间变形分析方法

液体火箭发动机机架在静力试验中,通常在关键位置布置多个位移传感器来测量机架在静力试验过程中的位移值,对所测的位移数据进行分析以确定机架是否满足刚度设计要求。由于位移传感器较多,无法直观、快速查找到可能存在的异常测点,同时由于无法可视化使得分析机架整体变形存在一定的困难,因此提出了一种静力试验结构变形的三维可视化分析方法。该方法利用结构的几何位置及测点位移信息,通过空间坐标重构连续再现结构在加载过程中的三维变形过程,形成三维变形动画,并基于Matlab软件平台开发了空间变形分析软件,可直观分析结构整体变形、快速查找位移测量异常点,同时软件分析结果可保存为文档文件和视频文件。该方法对于直观分析机架的整体变形过程,快速判断测点位移数据是否异常具有重要的工程实用价值。