裂纹位置对推进剂贮箱壳体失效评定曲线的影响研究

为获取准确的临界裂纹尺寸2c_(c)以实现可重复使用推进剂贮箱LBB设计及评定,构建了2种裂纹类型5组典型裂纹位置的贮箱壳体失效评定曲线(FAC),并分析了裂纹位置对FAC的影响。结果表明:随着裂纹从圆柱段中心向封头移动(y的增加),2种裂纹类型壳体极限载荷PL均先保持不变,再显著增加,最后小幅增加,FAC总体上逐渐升高,壳体的安全性增加。工程上采用选择1和选择2曲线确定的临界裂纹尺寸2c_(c)仅能对极少数的载荷工况下特定裂纹位置的贮箱壳体进行准确的LBB分析。建立裂纹位置相关的FAC,可以提高贮箱壳体的结构完整性。

低温推进剂贮箱内自增压过程仿真分析研究

为研究低温推进剂贮箱漏热造成贮箱内压力升高和低温推进剂液相热分层现象,利用用户自定义函数(User-Defined Functions,UDF)对低温贮箱内工质的能量源项、气液相的质量源项以及相变饱和温度等变量进行了解释。结合VOF(Volume of Fluid)模型,以及在Fluent软件所建立的低温工质材料模型,实现了低温液氮和液氪贮箱内自增压过程的仿真。重点分析了不同的气体模型和液相密度模型组合对自增压预测曲线的影响。对比仿真值和理论值发现:使用实际气体模型(Redlich-Kwong-Soave model,R-K-S model)和Boussinesq近似液相密度模型得到的压力值更接近理论压力值。此外,对不同重力环境和不同充注率的实验工况进行了仿真,得到了环境重力和充注率对低温液氪贮箱自增压过程的影响规律。

推进剂贮箱用柱形金属隔膜设计优化与试验研究

为解决现有柱形贮箱使用的各类推进剂贮存管理装置的不足,打破金属隔膜式装置的传统结构形式限制,提出了新型柱形金属隔膜。介绍了其结构组成和工作原理,根据其工作特点对隔膜型面开展参数设计,再采用有限元模拟方法对隔膜壁厚分布进行仿真优化,并生产隔膜试验件进行排放试验验证。结果表明:新型柱形隔膜膨胀变形平顺规律未失效,排放效率和排放压差均可接受,为其在柱形贮箱中的工程化应用提供了技术支持和数据支撑。

低温推进剂贮箱增压系统分布参数数值仿真(Ⅰ)贮箱的有限体积模型

从准一维可压缩瞬变管流的有限体积模型出发,通过数值拓展和集成建立了一种考虑流体与箱壁传热的低温推进剂贮箱分布参数模型.流场采用一维交错网格的有限体积模型,可考虑变物性、轴向热传导、重力场、壁面传热影响;壁面温度场采用圆柱坐标系下的轴对称二维有限体积模型,可处理对流换热和辐射换热两种边界情况,可处理具有包覆层或真空夹层结构的变物性管壁传热.模型全面考虑了贮箱内的分布参数效应,适用于贮箱增压计算领域.

贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真

为研究贮箱内低温推进剂相变对推进剂温度和贮箱压力的影响,对贮箱内的传热传质过程进行了仿真.仿真涉及的物理过程包括贮箱与外界环境的换热、推进剂的自然对流、推进剂与贮箱内壁面的换热以及低温推进剂的相变过程等.根据热力学平衡原理建立了低温推进剂相变模型,使用CFD(Computational Fluid Dynamic)方法对处于地面常压停放状态的液氢贮箱进行了450 s的仿真.研究表明随着贮箱壁面传热过程的稳定,推进剂的温度分布、流动状态以及相变情况会趋于稳定;通过仿真获得了推进剂单位时间的汽化量;影响相变的主要因素是贮箱壁面漏热以及推进剂自身的对流运动.

大容量推进剂贮箱液体晃动性能试验

对某种内带推进剂管理装置(PMD)的大容量推进剂贮箱内液体晃动性能进行试验.开展不同充液比工况下空壳贮箱液体晃动试验,分析比较晃动试验结果与采用等效动力学模型的液体晃动理论计算结果,两者结果一致吻合,试验系统可靠性和理论模型的正确性得到良好验证.然后开展了不同充液比工况下内带PMD贮箱液体晃动试验,试验结果表明贮箱内液体晃动性能受内部PMD结构影响明显.该试验研究结果为运载火箭和卫星的姿态和轨道控制系统的设计优化提供重要参考和数据支撑.

表面张力贮箱推进剂管理装置设计进展

推进剂管理装置是表面张力贮箱的核心部件。文章简要介绍了推进剂管理装置技术概况 ,综述了当前推进剂管理装置技术设计的进展情况 ;从使命需求、可靠性、长寿命、试验要求、系列化五个方面总结了已经获得应用的先进的推进剂管理装置技术设计 ,并结合具体实例进行了说明和评述。

推进剂贮箱锥柱形金属膜片的翻转特性研究

基于MSC.Marc非线性有限元软件,对推进剂贮箱锥柱形金属膜片的变形进行仿真研究。模拟了膜片的翻转变形过程,分析了膜片翻转变形规律和失效因素,提出了膜片有效稳定翻转的条件。

基于ANSYS的卫星推进剂贮箱有限元分析

以某卫星推进系统表面张力贮箱为研究对象,介绍了一种薄壁壳体的ANSYS有限元建模方法,并运用其完成贮箱壳体的静力学分析、模态分析和稳定性分析,有效模拟贮箱空间环境适应性;分析了贮箱的主要性能影响因素,使其能够避免因设计结构不合理而造成的破坏、共振及失稳。结果表明:薄壁壳体的建模方法准确、合理;根据对结构的仿真计算,识别出薄弱区,可进一步针对薄弱点优化和完善设计。

卫星用推进剂贮箱和高压气瓶封头制造技术

推进剂贮箱、高压气瓶(简称贮箱、气瓶)是卫星推进分系统的重要核心部件。简要介绍了贮箱、气瓶封头制造的技术概况,并对热冲压工艺方法的选择过程进行了介绍。

推进剂贮箱清洁度检测

航天产品的生产由于工艺复杂，技术状态要求严格，稍有疏忽，就会在总装生产过程中产生多余物，从而导致产品的可靠性降低，甚至造成发射失败。因此，在总装及生产过程中，如何控制多余物就成为航天工程技术人员的一项重要任务。这种多余物故障通常都体现在发动机上，因此，对火箭发动机零件的检测相对比较严格，但对贮箱及相关管路的清洁往往重视不够。国外几十年前就开始对火箭推进剂贮箱进行清洁度标准化检查，以此来达到控制多余物的目的，效果非常显著。

MESSENGER飞船推进剂贮箱的设计与制造

基于MESSENGER飞船的需要,开展了一种新型超轻贮箱的设计、制造和试验工作,整个过程分方案论证、分析与设计以及制造与试验三个阶段。第一阶段考虑了50多种贮箱结构,反复分析后确定了一种最有效的方案;第二阶段致力于防漩器、防晃板和贮箱壳体的设计与分析,包括用缩尺模拟试验确定防晃板的数目、尺寸与安装位置、防漩器和防晃板的载荷分析与结构分析以及壳体应力与断裂力学分析;第三阶段制造了一个鉴定试验用贮箱(以下简称试验贮箱)和四个飞行贮箱(三个飞行、一个备用)。贮箱壳体、防漩器和防晃板分别采用固溶处理和时效(STA)的6AL-4V 钛合金材料、6AL-4V 钛合金板和退火6AL-4V 钛合金环。壳体由四条周向焊缝连接,其中两条焊缝具有STA 特性,另外两条经过退火处理。五个贮箱采用相同的工序和工艺。试验贮箱必须经过正弦和随机振动试验的品质检验,该检验项目还包括具有破坏性的爆破压力试验。所有飞行贮箱在清理和交货之前要经过模拟飞行试验。飞行贮箱包括附属组件在内不得超过9kg。超轻贮箱对于MESSENGER 飞船计划的成功将起到至关重要的作用。

通道式表面张力贮箱推进剂管理装置的设计

为了减少推进剂管理装置的质量和筛网使用面积,提出以最小剩余质量为目标,进行通道式表面张力管理装置的设计。用引进下降因子的Newton格式分析计算模型,通过压力网络计算,得到了结构尺寸和剩余质量的关系,并且讨论选择了最佳设计点。结果表明,以剩余质量为目标可得到理想的设计,确定的最佳设计点可以为表面张力贮箱设计提供参考。

推进剂贮箱结构变厚度优化

建立了推进剂贮箱的有限元分析模型,并完成了TC4合金和铝锂合金两种不同材料推进剂贮箱的变厚度优化设计。将贮箱划分为不同的区域,选择各个区域的厚度作为设计变量,以各个区域的最大von-Mises应力不超过许用应力作为约束条件,建立以贮箱结构总体积最小为优化目标函数的数学模型,选择"零阶优化"方法获得最优设计参数。计算结果表明该优化方法是有效的,最高减重比高达35.1%,可以用于指导工程实际。

推进剂贮箱先进焊接工艺研究进展

搅拌摩擦焊和变极性等离子弧焊作为新兴的铝合金焊接工艺,已在国外的推进剂贮箱上获得广泛而成熟的应用,但在我国,其工程应用仍属起步阶段。基于推进剂贮箱结构焊缝特点、受载状态和焊接工艺特性来选用焊接工艺是制定我国新型运载火箭推进剂贮箱焊接工艺方案的基本原则。

推进剂贮箱复合膜研究

系统分析了液体推进剂对隔膜式贮箱中隔膜材料的腐蚀和渗透规律,提出了采用镀膜技术进行金属和非金属材料复合的方案来解决推进剂的渗透问题。初步试验结果证明,复合膜技术在降低材料渗透率方面有着明显的优势。

低温推进剂贮箱分布参数仿真模型开发

低温推进剂贮箱用于贮存运载火箭能源,其气液参数分层现象影响液体火箭发动机推进剂输送系统特性。根据模块化建模和仿真思想,应用AMES-im（advanced modeling environment for simulations of engineering systems）软件开发了低温推进剂贮箱分布参数仿真模型。结合AMESim软件固有模型,建立了一种采用气瓶贮气式增压方案的增压输送系统仿真模型,对系统整个工作过程进行了仿真,较好地反映了低温推进剂贮箱的分布参数特性。

微重力条件下初始液氢温度对低温推进剂贮箱气枕压力的影响

自生增压液氢推进剂贮箱在轨滑行阶段将长期(数百秒)处于微重力环境下,其贮箱压力受多种因素影响.液氢低温推进剂接近饱和温度时,因传热等影响而极易产生相变,从而影响贮箱压力.通过建立贮箱三维CFD模型,研究了不同初始液氢推进剂温度对于贮箱压力和温度变化等的影响.计算结果表明,气液界面附近推进剂温度与当前气体压力下饱和温度之差(过冷度)越大,压力下降速率越大.随着气体压力下降,气枕温度降低,压力下降速率也逐渐减小,压力变化曲线趋于平缓.在初始液体推进剂温度低于平衡温度的情况下,初始液体推进剂温度越高,平衡压力越高.

冲击载荷下姿轨控贮箱流固耦合响应分析

含推进剂贮箱在高量级冲击载荷作用下会产生强烈的流固耦合振动,严重时可能引起结构破坏。为准确预示充液贮箱的冲击响应,揭示贮箱内流固耦合振动机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法与结构有限元方法,建立了充液贮箱耦合动力学模型,计算了不同载荷量级与充液比的贮箱加速度时程,并与实验结果进行对比。结果表明:高量级、高充液比下贮箱的加速度响应发生剧烈波动;就计算贮箱而言,满充液比下,载荷量级达到-3 dB时出现波动,峰值为5.33 g;0 dB载荷量级下,充液比达到75%时出现波动,峰值为7.82 g;0 dB载荷量级下满充液贮箱的波动最为剧烈,峰值计算值达到24.24 g,该值与实验结果对比,误差仅为2.78%。通过分析冲击过程中流体与结构的运动规律可知,冲击后加速度响应波动是由流体和贮箱壳体二者分离后产生的剧烈碰撞所引发。

空间飞行器推进剂贮箱金属膜片研究进展

推进剂贮箱内金属膜片通过变形、翻转将推进剂挤入输送管路,为姿轨控发动机工作提供燃料和氧化剂,实现飞行姿态控制、机动变轨等功能。金属膜片具有质量轻、高可靠性、高排放效率等诸多优点,被广泛应用于空间飞行器及导弹系统控制领域。本文总结了国内外关于空间飞行器推进系统贮箱金属膜片的研究现状,重点梳理了膜片的理论分析及仿真计算技术进展;针对膜片翻转失效问题,简要总结了膜片各技术参数对其变形翻转的影响,可为贮箱膜片后续研究提供一定参考;最后提出了现阶段贮箱膜片研究中亟待寻求技术创新突破的领域。