伞盘结构对大长径比发动机药柱结构完整性影响（

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1、伞盘结构对大长径比发动机药柱结构完整性的影响*收稿日期：2015-XX-XX基金项目：中国博士后科学基金（2014M552684），国家自然科学基金（U1404106）作者简介：申志彬（1983－），男，河南鹤壁人，博士，讲师，E-mail：zb_shen@yeah.net申志彬1，姜人伟1，职世君2（1.国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073；2.中国空空导弹研究院，洛阳471000）摘要：基于三维粘弹性有限元法，计算了某大长径比固体发动机在温度和内压荷载联合作用下的结构响应，研究了伞盘结构及其位置对药柱最大VonMises应变的影响规律，讨论

2、了当伞盘位于药柱中部时，伞盘最大VonMises应变随伞盘宽度、深度以及顶部圆弧半径比的变化规律。结果表明，伞盘位于药柱中部时可以有效地降低大长径比药柱的最大VonMises应变，增加伞盘宽度、深度，或选取合适的半径比均可降低伞盘结构的最大VonMises应变。所得结论可为固体发动机设计提供参考。关键词：固体发动机；大长径比；药柱；伞盘；应力应变分析中图分类号：V435文献标志码：A文章编号：EffectsofumbrellaslotonthestructuralintegrityoflargeaspectratioofsolidrocketmotorgrainS

3、HENZhibin,JIANGRenwei(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Basedonthree-dimensionalviscoelasticfiniteelementmethodandtakingintoaccountofthetemperatureloadandpressureload,thestructuralresponseofalargeaspectratiosoli

4、drocketmotor(SRM)wasanalyzed.TheeffectsoftheumbrellaslotanditslocationonmaximumVonMisesstrainofthegrainwerestudied.AndthevariationsofthemaximumVonMisesstrainoftheumbrellaslotwithitswidth,depthandradiusratiowerediscussedwhenitwasinthemiddleofthegrain.TheresultsshowthattheVonMisesstrain

5、isreducedwhentheumbrellaslotisinthemiddleofthegrain.Increasingthewidth,depthorchoosingthebestradiusratiocouldreducethemaximumVonMisesstrainoftheumbrellaslot.Theconclusionsareavailablefordesigningsolidrocketmotorgrainconfiguration.Keywords:solidrocketmotor;largeaspectratio;grain;umbrel

6、laslot;stressandstrainanalysis6相比于液体火箭发动机，固体火箭发动机具有结构简单、可靠性高、体积比冲高、可以长期贮存等优点[1]，因此，近年来固体发动机已被广泛用于导弹武器和航天运载领域。固体发动机在生产和使用过程中，药柱所承受的主要荷载为固化降温带来的温度荷载和点火试车或发射时所承受的燃气内压荷载[2,3]，在这两种荷载的联合作用下，药柱将产生较大的应力应变，因此，准确分析发动机药柱在温度荷载和压力荷载作用下的应力应变，并设法通过调整药柱的结构尺寸在不改变内弹道性能的前提下来降低其应力应变，对保证发动机结构完整性具有重要意义。伞盘特

7、指锥柱形药柱中的环向槽结构，它具有调节燃面改善药柱受力状态的作用，通常设计在发动机头部、尾部或中部[4]。但是伞盘结构的药柱在荷载作用下，伞盘部位应力应变较大，极易出现裂纹，是发动机设计的难点之一。蒙上阳等[5]讨论了在低温环境下固体发动机药柱伞盘宽度、深度以及发动机人工脱粘层深度对伞盘部位VonMises应变的影响。李磊等[6,7]在此基础上，研究了伞盘顶部圆弧半径比对伞盘结构VonMises应变的影响，并且讨论了伞盘深度和脱粘深度的互相影响作用。以上研究都只是考虑了伞盘位于发动机药柱头部/尾部的情况，并没有讨论伞盘位于发动机药柱中部时的情况，并6且没有研究发动

8、机伞盘对药