亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        隔艙式脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)金屬膜片破裂仿真研究

        2020-06-30 14:10:02鄧康清余小波朱雯娟楊育文王鹍鵬王相宇
        固體火箭技術(shù) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:金屬膜隔艙星型

        鄧康清,郭 翔,余小波,朱雯娟,湯 亮,楊育文,王鹍鵬,王相宇,向 進(jìn),李 穎

        (1.航天化學(xué)動(dòng)力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,襄陽(yáng) 441003;2.湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所,襄陽(yáng) 441003)

        0 引言

        固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單和使用方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略導(dǎo)彈武器的動(dòng)力系統(tǒng)和航天器、運(yùn)載器上。但與液體發(fā)動(dòng)機(jī)相比,常規(guī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)只能一次點(diǎn)火,能量可控性差,極大制約了采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的導(dǎo)彈武器性能。脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),可根據(jù)制導(dǎo)的需要,通過(guò)多次點(diǎn)火啟動(dòng),間歇式釋放推力,以實(shí)現(xiàn)靈活控制導(dǎo)彈飛行中的能量的目的。這克服了常規(guī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)只能提供一次推力的弱點(diǎn),大大提高了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性能,在總沖不變的情況下,可使導(dǎo)彈的射程更遠(yuǎn)。多脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)用隔離裝置將固體發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室分成若干部分,進(jìn)行多次關(guān)機(jī)和啟動(dòng)[1]。脈沖固體發(fā)動(dòng)機(jī)隔離裝置可以分為隔艙式(硬隔離)和隔層式(軟隔離)。隔艙式是通過(guò)隔艙組件將燃燒室分隔成多個(gè)獨(dú)立的燃燒室,具有裝藥形式不受限制、打開(kāi)壓強(qiáng)一致性好、裝配方便等優(yōu)點(diǎn)。因此,隔艙式脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)具有很好的應(yīng)用前景。

        隔艙式包括三種級(jí)間隔離技術(shù)[2-4]:陶瓷隔板、隔塞式隔板和金屬膜片式隔板。金屬膜片式隔艙是通過(guò)輪輻式支撐件和金屬膜片實(shí)現(xiàn)燃燒室隔離的。一般在金屬膜片一側(cè)刻痕,另一側(cè)附一層絕熱層絕熱。該類隔艙優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、研制周期短、可靠性高,是國(guó)際脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域研究較多的一種級(jí)間隔離形式。隔艙式關(guān)鍵技術(shù)包括級(jí)間隔板材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、多次點(diǎn)火技術(shù)、熱防護(hù)技術(shù)、燃燒室內(nèi)燃?xì)饬鲌?chǎng)組織技術(shù)和多次使用噴管設(shè)計(jì)技術(shù)。其中,技術(shù)難度較大的是級(jí)間隔板材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)多脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展了大量研究。國(guó)外脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)已在導(dǎo)彈型號(hào)上得到應(yīng)用,典型的型號(hào)有MSA導(dǎo)彈、LFK-NG導(dǎo)彈、Idra導(dǎo)彈、HFK導(dǎo)彈等[5-7]。國(guó)內(nèi)王春光[1]、劉偉凱[8-9]和石瑞[10]等對(duì)雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)中金屬膜片式隔艙進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究;王長(zhǎng)輝[11]和劉雨[12]等主要對(duì)陶瓷隔艙進(jìn)行了研究;孫娜[13]和白濤濤[14]等數(shù)值仿真分析了雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室兩相流場(chǎng),表明燃燒室中存在漩渦,增強(qiáng)了粒子沖刷作用。但有關(guān)膜片打開(kāi)壓強(qiáng)預(yù)估的研究不多,還處于探索階段,沒(méi)有公認(rèn)的方法。

        本文應(yīng)用斷裂力學(xué)理論,通過(guò)裂紋擴(kuò)展的公式,獲得了金屬膜片打開(kāi)壓強(qiáng)與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系。利用有限元數(shù)值仿真模擬膜片的破壞過(guò)程,計(jì)算了影響金屬膜片受力情況的因素,探索了一種預(yù)估膜片打開(kāi)壓強(qiáng)的新方法,采用該方法預(yù)估了不同結(jié)構(gòu)膜片的理論打開(kāi)壓強(qiáng),與實(shí)際結(jié)果吻合,從而為脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)隔艙的設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

        1 計(jì)算模型

        1.1 金屬膜片結(jié)構(gòu)

        金屬膜片式隔艙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)依靠隔艙組件將燃燒室分隔成多個(gè)艙體。隔艙組件包括一個(gè)多孔支撐件和一個(gè)高強(qiáng)度易變形的金屬膜片。金屬膜片主要為一側(cè)預(yù)制有缺陷的薄板結(jié)構(gòu),以方便控制膜片的破壞。當(dāng)I脈沖工作時(shí),金屬膜片蓋在支撐件上,防止燃?xì)膺M(jìn)入II脈沖;Ⅱ脈沖工作時(shí),膜片破裂,燃?xì)馔ㄟ^(guò)多孔支撐件和膜片破裂處從噴管排出。設(shè)計(jì)了兩類金屬膜片,簡(jiǎn)易型和復(fù)合型膜片。簡(jiǎn)易型膜片如V形槽型、半圓槽型和矩形槽型;復(fù)合型膜片如“V形槽+圓形槽”膜片。膜片表面溝槽分布形式有十字型、星型和米字型。典型膜片結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

        圖1 星型金屬膜片結(jié)構(gòu)圖

        1.2 有限元模型

        隔艙式脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)一般通過(guò)金屬膜片將發(fā)動(dòng)機(jī)隔成獨(dú)立的兩個(gè)燃燒室。隔艙Ⅰ脈沖面承受Ⅰ脈沖高壓作用時(shí),Ⅱ脈沖燃燒室不受影響。

        II脈沖燃燒室開(kāi)始工作時(shí),隨著內(nèi)壓的迅速增加,膜片變形,直至在預(yù)置缺陷處破裂。典型金屬膜片直徑42 mm,厚度為3 mm,中間預(yù)置多個(gè)V字型槽,槽間設(shè)計(jì)成十字型、V字星型、米字型、圓弧星型、矩形星型和星圓復(fù)合型等,槽長(zhǎng)36 mm。

        建立的金屬膜片三維有限元模型見(jiàn)圖2。典型計(jì)算規(guī)模為64 415個(gè)節(jié)點(diǎn),27 753個(gè)單元。

        (a)Side of pulse I (b)Side of pulse II

        1.3 材料性能和載荷

        金屬膜片材料常溫下的性能參數(shù)見(jiàn)表1。

        內(nèi)壓載荷均勻加載在金屬膜片II脈側(cè),側(cè)邊固定。圖3為瞬態(tài)力學(xué)分析用II脈沖燃燒室內(nèi)壓載荷,模擬點(diǎn)火峰壓為2 MPa時(shí)的II脈沖壓強(qiáng)載荷加載情況。點(diǎn)火峰壓為1、3、4、5 MPa時(shí)的Ⅱ脈沖壓強(qiáng)載荷加載情況與此相似,均為線性加載。內(nèi)壓經(jīng)過(guò)約10 ms的建壓時(shí)間達(dá)到峰值,然后維持平衡壓強(qiáng)繼續(xù)工作。因?yàn)榻▔簳r(shí)間短,所以計(jì)算時(shí)不考慮燒蝕效應(yīng),即內(nèi)邊界固定;同時(shí),忽略建壓過(guò)程溫度升高導(dǎo)致的金屬膜片材料性能的變化和受力情況的變化。

        表1 金屬膜片材料的性能參數(shù)

        圖3 瞬態(tài)力學(xué)分析用壓強(qiáng)載荷加載情況

        2 金屬膜片打開(kāi)過(guò)程的數(shù)值模擬結(jié)果及分析

        2.1 膜片裂紋參數(shù)與膜片結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系

        在Ⅱ脈沖燃燒室中較低壓強(qiáng)作用下,膜片會(huì)沿預(yù)制缺陷打開(kāi)。金屬膜片的破壞打開(kāi)壓強(qiáng)與膜片的結(jié)構(gòu)尺寸有密切關(guān)系,包括預(yù)制缺陷深度b、V型槽缺陷開(kāi)口角度θ、缺陷長(zhǎng)度2a及膜片厚度h等,同時(shí)也與材料本身的性能有關(guān)。因此,需要研究膜片打開(kāi)壓強(qiáng),就要研究膜片裂紋參數(shù)與膜片結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系。金屬膜片上的小V型槽可看成在圓薄板上張開(kāi)的狹長(zhǎng)的半橢圓型表面裂紋,于是模型簡(jiǎn)化為低應(yīng)力爆破問(wèn)題。由此可得到表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子[15-17]:

        (1)

        表面裂紋的臨界斷裂應(yīng)力:

        (2)

        裂紋的臨界長(zhǎng)度:

        (3)

        若裂紋的長(zhǎng)度2a≥2ac,膜片發(fā)生的斷裂將是脆性斷裂,反之為塑性斷裂。發(fā)生脆性斷裂,也就是發(fā)生低應(yīng)力爆破,此時(shí),膜片的應(yīng)力還遠(yuǎn)低于膜片材料的屈服極限(σc<σs),材料強(qiáng)度未被充分利用。相反,發(fā)生塑性斷裂時(shí),由于材料的應(yīng)變硬化效應(yīng),斷裂應(yīng)力大于材料的屈服極限,即σc>σs。因此,對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,要盡量控制裂紋臨界長(zhǎng)度,避免脆性斷裂發(fā)生。

        根據(jù)式(1)~式(3),計(jì)算出金屬膜片表面裂紋的臨界長(zhǎng)度和斷裂應(yīng)力與V型槽深度b的關(guān)系,如表2所示??梢?jiàn),隨著裂紋深度增加,裂紋臨界長(zhǎng)度不變,裂紋臨界斷裂應(yīng)力降低。

        表2 膜片上裂紋臨界長(zhǎng)度、斷裂應(yīng)力與裂紋深度關(guān)系的計(jì)算結(jié)果

        2.2 Ⅱ脈沖點(diǎn)火金屬膜片受力情況分析

        圖4和圖5分別為在峰值壓強(qiáng)為2 MPa的點(diǎn)火過(guò)程中,V字星型鋁合金(Al alloy 1)膜片的總位移、主應(yīng)力和主應(yīng)變的變化情況和云圖。

        圖4 點(diǎn)火峰值壓強(qiáng)2 MPa時(shí),V字星型膜片的總位移、主應(yīng)力和主應(yīng)變變化情況

        (a)Total deformation

        (b)Principal stress

        (c)Principal elastic strain

        從圖5可知:(1)膜片的總位移、主應(yīng)力和主應(yīng)變均隨點(diǎn)火時(shí)間線性增加;(2)最大總位移、主應(yīng)力和主應(yīng)變發(fā)生在膜片中心位置和溝槽位置。圖6中的十字型(Ⅰ型)、米字型(Ⅱ型)、圓弧星型(Ⅲ型)、矩形星型(Ⅳ型)和星圓復(fù)合型(Ⅵ型)膜片中應(yīng)力最集中和應(yīng)變最大的地方均在膜片中心位置和溝槽位置。這種應(yīng)力集中有利于II脈沖點(diǎn)火時(shí),膜片從中心和溝槽位置首先破裂,形成最初的II脈沖燃?xì)馔ǖ馈?/p>

        (a)Cross-groove shape (Type I)

        (b)8-V-groove star shape (Type II)

        (c) 6-arc-groove star shape (Type III)

        (d) 6-rectangle-groove star shape ( Type IV)

        (e)6-V-groove and circle hybrid star shape (Type Ⅴ)

        2.3 金屬膜片堵蓋打開(kāi)壓強(qiáng)理論分析

        當(dāng)膜片中心位置某條預(yù)制缺陷的應(yīng)力強(qiáng)度因子滿足KⅠ≥KIC時(shí),預(yù)制缺陷位置開(kāi)始產(chǎn)生裂紋。隨壓強(qiáng)增加,預(yù)制缺陷處的裂紋迅速擴(kuò)展,直至整個(gè)膜片在中心位置產(chǎn)生貫穿型的裂紋,整個(gè)膜片失去承載能力。

        2.3.1 裂紋參數(shù)間的關(guān)系

        本節(jié)研究了裂紋深度b和材料臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,結(jié)果如圖7和圖8所示。

        圖7 pm= 2MPa,裂紋深度b對(duì)3 mm厚星型鋁合金1膜片中主應(yīng)力影響

        圖7表明,3 mm厚的鋁合金膜片,隨裂紋深度b增加,臨界斷裂應(yīng)力下降,主應(yīng)力增加;當(dāng)裂紋深度b≥1.8 mm后,Ⅱ脈沖燃燒室壓強(qiáng)達(dá)到2 MPa,星型膜片破裂。圖8表明,臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子增加,臨界斷裂應(yīng)力和臨界長(zhǎng)度均增加。也就是說(shuō),裂紋深度b不變時(shí),膜片材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子增加,膜片可承受的應(yīng)力增加,打開(kāi)壓強(qiáng)增加。

        圖8 臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子對(duì)星型鋁合金膜片中臨界應(yīng)力和臨界長(zhǎng)度的影響

        2.3.2 金屬膜片打開(kāi)壓強(qiáng)預(yù)測(cè)

        將不同峰值壓強(qiáng)下得到的最大主應(yīng)力及相應(yīng)狀態(tài)下臨界斷裂應(yīng)力對(duì)峰值壓強(qiáng)作圖,兩條線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)值即可認(rèn)為是打開(kāi)壓強(qiáng)值。圖9是十字型、V字星型、米字型、圓弧星型、矩形星型和星圓復(fù)合型膜片的應(yīng)力-壓強(qiáng)(Ⅱ脈沖)曲線。從圖9可得到上述六種膜片的打開(kāi)壓強(qiáng)預(yù)估值見(jiàn)表3。

        (a)Cross-groove shape (b)6-V- groove star shape

        (c)8-V-groove star shape (d)6-arc-groove star shape

        (e)6-rectangle-groove star shape (f)6-V-groove and circle hybrid star shape

        表3 金屬膜片的打開(kāi)壓強(qiáng)po預(yù)估值(Al alloy 1)

        從表3可知,圓弧星型膜片打開(kāi)壓強(qiáng)最高,米字型膜片和星圓復(fù)合型膜片打開(kāi)壓強(qiáng)最低。因此,選用米字型和星圓復(fù)合型膜片,有利于膜片的打開(kāi)。

        3 膜片打開(kāi)驗(yàn)證試驗(yàn)

        在雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的I脈沖和Ⅱ脈沖燃燒室內(nèi),分別裝入適量的點(diǎn)火藥和推進(jìn)劑藥柱,再進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試車,測(cè)試金屬膜片打開(kāi)壓強(qiáng),試驗(yàn)p-t曲線如圖10(a)所示。本試驗(yàn)用的米字型膜片的材料為Al alloy 2,膜片厚0.8 mm,槽深為0.5 mm。試驗(yàn)后的膜片破壞情況如圖11所示。

        (a)p-t curve of the test (b)Theory open-up pressure of Type-II diaphragm

        圖11 脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)膜片打開(kāi)試驗(yàn)的Ⅱ脈沖面照片

        結(jié)果表明,隔艙結(jié)構(gòu)能承受I脈沖高壓的沖擊作用而不失強(qiáng),在II脈沖低壓作用下膜片破裂,打開(kāi)壓強(qiáng)為1.4 MPa,與本文方法預(yù)估的壓強(qiáng) 1.25 MPa較為接近(見(jiàn)圖10(b))。

        4 結(jié)論

        (1)根據(jù)平板脆性斷裂模型,分析得到了一種計(jì)算隔艙金屬膜片的表面裂紋參數(shù)(如臨界應(yīng)力、臨界尺寸)的方法,得到了金屬膜片裂紋深度b與臨界應(yīng)力的關(guān)系及臨界應(yīng)力、臨界尺寸與臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系,并得到2 MPa Ⅱ脈沖燃燒室壓強(qiáng)條件下,3 mm厚的鋁合金星型膜片破裂的最小裂紋深度b為1.8 mm,為用表面裂紋參數(shù)預(yù)測(cè)金屬膜片的打開(kāi)壓強(qiáng)奠定了基礎(chǔ)。

        (2)通過(guò)有限元數(shù)值仿真的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,得到了設(shè)計(jì)的六種隔艙金屬膜片結(jié)構(gòu)(十字型、V字星型、米字型、圓弧星型、矩形星型和星圓復(fù)合型)的主應(yīng)力和主應(yīng)變分布情況,發(fā)現(xiàn)在六種金屬膜片的中心和溝槽部位主應(yīng)力最集中,主應(yīng)變最大,膜片首先將從這些部位裂開(kāi)。

        (3)探索了一種預(yù)估Ⅱ脈沖金屬膜片打開(kāi)壓強(qiáng)的方法,得到了設(shè)計(jì)的六種類型金屬膜片的打開(kāi)壓強(qiáng)預(yù)估值,用該方法預(yù)估的米字型鋁合金膜片的打開(kāi)壓強(qiáng)1.25 MPa與實(shí)際脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的打開(kāi)壓強(qiáng)1.4 MPa相近,說(shuō)明該預(yù)測(cè)方法是可行的。

        猜你喜歡
        金屬膜隔艙星型
        劉細(xì)秀:福船守藝人的熱愛(ài)與堅(jiān)守
        知識(shí)窗(2024年3期)2024-03-31 15:18:02
        環(huán)己酮氨肟化工藝中金屬膜的工業(yè)應(yīng)用研究
        一種測(cè)量二級(jí)輕氣炮金屬膜片破膜壓力的方法
        增加斷電連鎖 減少絞傷風(fēng)險(xiǎn)
        小型雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)金屬膜片的承壓與破裂*
        爆炸與沖擊(2020年4期)2020-05-13 07:43:34
        金銀點(diǎn)綴
        21 000 TEU集裝箱船典型橫隔艙吊裝方案優(yōu)化
        大傾角裸巖高低異形刃腳鋼圍堰安裝技術(shù)
        基于Ansys對(duì)中心開(kāi)孔金屬膜片性能的研究與探討
        D-π-A星型分子的合成及非線性光學(xué)性質(zhì)
        白白色发布视频在线播放 | 香蕉久久夜色精品国产| 亚洲av手机在线观看| 日韩在线永久免费播放| 少妇做爰免费视频网站| 亚洲国产成人久久综合一区77| 久久久人妻丰满熟妇av蜜臀| 日本精品女优一区二区三区| 麻豆成人精品国产免费| 亚洲av无码片在线播放| 北条麻妃在线视频观看| 插入中文字幕在线一区二区三区| 日本在线一区二区三区视频观看| 国模无码一区二区三区| 亚洲精品第一页国产精品| 日韩精品极品在线观看视频| 国产在线观看自拍av| 亚洲v欧美v国产v在线观看| 亚洲AV无码成人品爱| 日韩精品极品免费在线视频| 成人片黄网站a毛片免费| 欧美丰满熟妇aaaaa片| 8090成人午夜精品无码| 99久久国产免费观看精品 | 99久久人人爽亚洲精品美女| 久久露脸国产精品WWW| 国产护士一区二区三区| 亚洲日韩中文字幕无码一区| 少妇高潮喷水正在播放| 久久精品国产亚洲av热九| 蜜桃视频在线免费观看| 在线亚洲午夜理论av大片| 国内精品福利在线视频| 国产精品亚洲av无人区二区| 亚洲精品在线免费视频| 欧美成人在线视频| 熟妇五十路六十路息与子| 亚洲精品无人区一区二区三区 | 一本色道久久亚洲综合| 无码人妻丰满熟妇区五十路百度| 红杏性无码免费专区|