喷管热结构分析研究现状和参考文献

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近一个世纪以来，火箭动力装置导弹武器及其它航天飞行器的运载技术得到了很快的发展。固体火箭技术是其中的一个重要方面。随着新材料技术和制造工艺的改进，固体火箭及其相关技术的发展日臻完善，其中一个主要的代表方面就是推力可调柔性喷管固体火箭发动机技术的长足发展。柔性喷管是通过发动机伺服系统作动力作用，对喷管活动体部分实施全轴摆动，以完成其推力向量调解功能的一种摆动喷管．此项技术是固体发动机技术中的关键之一。丽在柔性喷管的设计与分析中，结构分析又是一主要方面。自八十年代以来，由于实际工程需要和计算分析水平的提高，有关喷管的理论分析工作已有大量文献报导。热分析和结构的静、动力响应分析是其中两个主要的分支。喷管处于几千度的高温工作环境中，其热分析工作是不可忽略的，国外投入了大量的人力物力进行研究，Melia．P．F．等人对喷管热分析进行了深入细致的工作。但值得指出的是，有关喷管热分析的文献大都是做了综述性的报导，结合具体的工程结构及分析所用的具体材料性能等详实内容大都未提及。六十年代以来，我国开始发展固体火箭技术，喷管的热结构、热防护设计和相应的分析工作也得到了充分重视。涉及喷管热分析方面工作的综述也有文献报导“。⋯。何洪庆等人对喷管热传导、喷管喉衬部件以及喷管热分析试验做了相关分析研究工作。以上提及的研究工作对喷管的零部件热分析在理论方面比较深入，并有充分的试验配合，而对于整个喷管的热响应分析结合工程实际十分紧密的研究却相对较少。下面介绍几个与本文关系紧密的国内成果。66219

随着固体推进技术的发展，越来越多的战术导弹采用了单室双推力固体火箭发动机，燃烧室和喷管的受热情况严重，必须对其进行深入研究，以保证发动机可靠工作。袁军娅等人对此建立了集药柱几何计算、内流场、传热与烧蚀于一体的计算系统，并形成了成熟的软件，对一具体算例进行了绝热结构和烧蚀结构防护层的安全厚度设计，与工程实际应用厚度的比较表明，此系统用于工程中方便可靠。亢丽娟认为温度场的计算是喷管结构分析的重要一环，其计算结果既能给出热防护的有效性和安全裕度，又能为进一步进行热结构分析提供原始数据。故利用先进的ANSYS程序软件，对复合喷管全域瞬态温度场进行了有限元计算分析，为喷管热结构的设计和优化提供了理论依据。徐韦华等人研究了固体火箭发动机喷管应变一应力场数值模拟方法和喷管应变一应力场计算软件的设计方法，用有限元法中的位移法计算了喷管应变一应力场。根据面向对象的设计思想，设计并实现了喷管应变一应力场计算软件模块。软件模块实现了人和计算机交互式工作的功能，可计算发动机喷管工作期间由任一种载荷引起的应变一应力场。软件模块还采用基于OpenGL的可视化工具VT(Visualization Toolkit)实现了计算结果的可视化处理。吴平等人用有限元软件ANSYSY对激光辐照导弹发动机壳体材料的效应进行数值模拟研究。研究导弹发动机壳体材料受激光辐照的温度场变化和分布情况，及由于温度分布不均引起的热应力分布。通过求解热传导方程得到各种情况下材料的温度时空分布，并利用热弹性本构方程、应变位移关系以及应力平衡关系，建立了激光辐照金属材料时热应力的计算模型，通过数值方法，得到在激光辐照靶材的温升分布和热应力分布。孙菊芳等人对某长时间工作的固体火箭发动机复合结构喷管的二维轴对称瞬态温度场及二维轴对称准静态应力场进行了理论预估。温度场的计算采用时间域上的有限差分及空间域上的有限元相结合的方法。应力场的计算采用以位移作为未知量的有限元法。计算中考虑了材料的方向性及物性参数随温度的变化，采用变带宽一维压缩存贮刚度矩阵，节约了大量的内存。计算结果与试验结果吻合较好。固体火箭发动机喷管的烧蚀预示是喷管结构分析的重要一环。王伟等人用有限元法计算了喷管扩张段绝热层的烧蚀，计算中考虑了对流换热、材料热解及烧蚀吸热。计算结果与发动机热试车解剖结果相近。孙冰“”等人以固体火箭发动机复合结构喷管为对象，用有限元法进行了二维轴对称瞬态分析。计算中考虑了因烧蚀引起的边界移动，且实现了网格的自适应，给出了考虑与不考虑烧蚀情况下的温度场计算结果，并将计算结果与试验结果做了比较，二者吻合较好。说明该预估方法既具有理论意义又有实用价值。论文网