基于裝藥結(jié)構(gòu)強度分析的藥形優(yōu)化設計研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動機設計的核心部分是裝藥設計。裝藥的尺寸形狀可以確定發(fā)動機的工作壓強和推力隨時間的變化規(guī)律，也可以確定發(fā)動機的體積分數(shù)和結(jié)構(gòu)完整性，可見裝藥設計的好壞決定了發(fā)動機的內(nèi)彈道性能和其它技術(shù)指標的優(yōu)劣。在裝藥設計技術(shù)滿足內(nèi)彈道性能前提下，一般通過裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析來校核藥形設計。但事實上，內(nèi)彈道性能優(yōu)良的裝藥一般會因增加發(fā)動機的體積裝填分數(shù)而加大裝藥的結(jié)構(gòu)響應，難以滿足結(jié)構(gòu)完整性要求。為了解決藥形設計中這一難點，本文開展了仿真分析方

2、法的應用研究，編寫了發(fā)動機參數(shù)化建模程序，并用于藥形結(jié)構(gòu)響應分析和藥形參數(shù)靈敏度分析，并結(jié)合遺傳算法進行了考慮結(jié)構(gòu)完整性、藥柱燃面變化規(guī)律和裝填分數(shù)的藥形優(yōu)化設計，最后結(jié)合開發(fā)的分析軟件對冷氣增壓過程中藥柱的力學性能進行了分析研究。本文采用的方法對發(fā)動機藥形設計具有一定的工程應用價值。主要研究內(nèi)容為:
　　(1)利用ABAQUS軟件的二次開發(fā)工具Python實現(xiàn)了固體火箭發(fā)動機參數(shù)化建模技術(shù)，編寫了星孔裝藥、車輪形裝藥和翼柱形裝藥

3、發(fā)動機的三維參數(shù)化建模程序，可以根據(jù)藥形幾何參數(shù)自動建立有限元模型，并進行分析計算。將其應用于三維星孔藥柱的結(jié)構(gòu)完整性分析中，給出了星孔裝藥在不同載荷下的力學特性。
　　(2)利用編寫的星孔裝藥、車輪形裝藥和翼柱形裝藥發(fā)動機的三維參數(shù)化建模程序，結(jié)合向前差分法對三種裝藥的幾何參數(shù)進行了靈敏度分析。研究了藥柱的最大Von Mises應變和通氣參量隨幾何參數(shù)的變化規(guī)律，得到了幾何參數(shù)的靈敏度系數(shù)，并確定了藥柱的關鍵幾何參數(shù)。
　

4、　(3)介紹了幾種優(yōu)化算法，并將遺傳算法與固體火箭發(fā)動機參數(shù)化建模方法相結(jié)合，得到了藥形結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法，同時結(jié)合藥柱結(jié)構(gòu)完整性、藥柱燃燒面積和體積裝填分數(shù)的要求，得到了星孔、車輪形和翼柱形藥柱滿足燃面變化需求和裝填分數(shù)要求的最優(yōu)εVmax結(jié)果，并且給出了最優(yōu)藥形結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　(4)將建立的固體火箭發(fā)動機參數(shù)化建模軟件與發(fā)動機冷氣增壓實驗相結(jié)合，將實驗獲得的壓力數(shù)據(jù)直接應用于發(fā)動機力學性能仿真計算，得到了發(fā)動機點火過程中，藥柱受