运载火箭减载缓释机构缓释特性分析

为了提高发射可靠性,未来的运载火箭拟采用牵制释放系统。以一种新型强制式牵制释放系统为例,应用结构分析软件MSC/Marc建立了分析该系统中减载缓释机构缓释特性的有限元模型。计算结果表明:缓释销选用应变率无关型材料时,该机构的缓释力-行程曲线受火箭起飞速度等因素的影响较小,运载火箭的缓释行程以及缓释力-行程曲线可由减载缓释机构的设计来准确的控制。该机构对机械加工精度的要求不苛刻,易于加工。在选择缓释销的材料时应注意缓释过程中销内部可能出现的中心破裂。

减载缓释机构特性对火箭结构动力响应的影响

研究了减载缓释机构特性对火箭牵制释放过程结构动力响应的影响,对不同构型减载缓释机构的缓释特性进行了对比分析。在研究运载火箭牵制缓释放有限元分析模型和分析方法的基础上,利用MSC.NASTRAN计算了运载火箭牵制缓释放过程中的结构动力响应,并对减载缓释机构的效能进行分析与评估。分析结果表明,通过改进缓释特性,可以有效提高减载缓释机构的缓释效能,从而减小运载火箭全箭结构的动力响应。

减载缓释机构缓释特性的上限法分析

为了提高发射可靠性,我国未来的运载火箭中拟采用牵制释放系统。文章以一种新型强制式牵制释放系统为例,建立了分析该系统中减载缓释机构缓释特性的上限模型。该模型可以考虑缓释销拉拔过程中截面缩减率的变化、拉拔模芯表面的摩擦、缓释销材料的硬化以及死区的形成等因素对缓释力曲线的影响。所得上限解与实验数据符合较好,可为减载缓释机构的合理设计提供理论依据。

混合遗传算法及其在减载缓释机构中的应用

针对传统遗传算法早熟与收敛性差的问题,对遗传机制提出了改进策略,并与粒子群算法相混合,建立了一种混合遗传算法。该算法进一步被应用于火箭减载缓释机构的套筒外形优化问题。采用PATRAN的二次开发语言PCL对减载缓释机构进行参数化建模,通过对套筒的外形进行离散与优化,得到了满足Keepers提出的缓释特性的套筒外形。优化结果表明,混合遗传算法收敛速度较快,可行性高,有很好的工程适用性。

基于有限元—刚体混合模型的运载火箭缓释放特性分析

以一种新提出的新型强制式牵制释放系统为例,建立了分析运载火箭缓释放过程中缓释特性的有限元—刚体混合模型。采用刚体模型计算运载火箭的运动,利用有限元方法计算缓释销的弹塑性大变形接触过程,缓释机构和运载火箭的界面满足力和位移的协调条件。该混合模型采用增量方法进行求解,其可用来分析缓释机构的不同材料、几何形状、尺寸以及摩擦条件对运载火箭的完全释放时间、释放时刻速度以及缓释机构消耗功等参数的影响。

牵制缓释放过程中火箭动力响应特性分析

为研究运载火箭在牵制缓释放过程中的结构动力响应特性,将牵制缓释放发射过程依次分为静态竖立、点火牵制和缓释放三个阶段进行计算。运用MSC.Patran有限元程序的场功能来实现上一阶段的全部计算结果场向下一阶段初始条件场的传递,运用MSC.Nastran有限元程序的非线性弹簧单元的非线性位移载荷函数功能来模拟运载火箭缓释放过程中的缓释力,实现运载火箭牵制缓释放过程结构动力响应的数值计算,并对比分析运载火箭几种常用发射释放方式的结构动力响应特性。结果表明:采用牵制缓释放系统可有效减小运载火箭释放时所受冲击载荷,减小运载火箭全箭结构动力响应。