火箭发动机装药冷气冲击试验研究

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摘要为进行固体火箭发动机推进剂在点火冲击载荷下的结构完整性分析，需要设计一种冲击载荷模拟装置进行点火载荷模拟试验。文中介绍了一种点火载荷模拟试验装置。该装置用高压压缩氮气模拟点火压强峰值作为极限载荷均匀地加载于推进剂上，在破膜的瞬间对固体火箭发动机推进剂进行冲击，测量在点火压强峰值作用下的药柱的应力应变。经一系列试验，该装置不仅能够充分地模拟不同点火药量下的的点火载荷，而且能够用于不同口径发动机的点火载荷模拟试验。60811

毕业论文关键词固体火箭发动机点火载荷冷流冲击储气罐

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Test Research of Cold Flow Impact on Rocket Engine Propellant

Abstract

To analyze structural integrity of solid rocket motor engine propellant under ignition impact , a test rig for simulation of ignition impact load had been designed, and is described in present paper. The experimental facility uses the high-pressure nitrogen to simulate ignition pressure, which is loaded evenly on the engine and impacted the solid rocket motor after the bursting disc is ruptured. Finally, the stress of solid propellant under the ignition pressure is measured, too. With a series of successive experiments, it is found that the experimental facility not only can simulate the ignition load accurately, but also can predict the ignition impact performance of solid rocket engines with various diameters.

Keywords solid rocket engine cold flow impact ignition load gasholder

1 绪论 1

2 实验装置及实验原理 5

2.1 总体方案5

2.2 试验台关键零部件功能6

2.3 实验原理7

3 试验台关键结构优化设计9

3.1 压缩弹簧的设计9

3.2 法兰连接螺栓的强度计算13

3.3 储气罐强度计算16

3.4 制动杆剪切强度校核17

3.5 破膜片设计计算19

3.6 牵引磁铁牵引力计算22

3.7 法兰强度校核23

结论 30

致谢 31

参考文献32

绪论

1.1选题的目的及意义

火箭发动机技术作为航天运输和导弹发射的核心技术之一，它是一个国家科技实力的体现，代表了在航天和军事领域的技术水平。固体火箭发动机在国防事业中备受重视并得到了大力发展，广泛应用于导弹和火箭武器中。对固体火箭发动机来说，推进剂装药、燃烧室壳体、喷管、点火装置都有可能存在不同程度的缺陷，这些缺陷会影响固体火箭发动机的性能[1]。因此在固体火箭发动机的设计阶段，有必要大力开展发动机的结构完整性分析，装药药柱的结构完整性是其中的关键技术之一[2]。

固体推进剂装药药柱是固体火箭发动机的重要组成部分，部分推进剂为直接在燃烧室内浇铸而成，由于所处环境的复杂性也使得固体火箭发动机推进剂的性能考核更加重要。推进剂装药中的缺陷最为常见，缺陷的成因最为复杂，产生的危害也最大[3]。尤其是固体火箭发动机在点火瞬间形成的高压、高温、高速的燃气射流对发动机装药的结构完整性有十分重要的影响，点火冲击载荷可能破坏装药的完整结构和内弹道性能。国内外对固体火箭发动机中缺陷的研究[4、5]均发现在固体推进剂装药的缺陷中，点火冲击载荷是使发动机性能异常的最重要因素。

对固体火箭发动机点火载荷的研究国内外都做出了大量的研究并取得了相关的结论。由于火工试验存在着火工试验危险性高、重复性差等缺点，极大地浪费时间及财力[6]。而合理的模拟实验是理论研究和产品研制最为有效的方法之一。研制一个火箭弹及其零部件，完全依靠实验而不进行模拟研究将极大地浪费时间及财力。特别是极端条件下的实验，难于对结果进行彻底、全面的分析，从而影响火箭发动机的设计及改型[7]。因此为了能够更好地分析点火载荷对药柱结构完整性的影响，设计了冷流冲击模拟装置进行点火载荷模拟试验。冷流冲击装置主要利用高压压缩氮气对固体火箭发动机推进剂进行冷流冲击，分析高压气体在火箭发动机内的流动，模拟点火时高压气体对火箭发动机的冲击，为冲击载荷条件下装药结构应变的测量提供实验条件，为数值分析提供验证数据，建立冷流冲击的实验研究方法。源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/