球窝喷管性能分析

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1、摘要本课题的研究对象－某型号固体火箭发动机球窝喷管，属我国新一代先进常规战术导弹的Ⅱ级固体火箭发动机的轻质化、高精度、大载荷的推力向量控制（ThrustVectorControl-TVC）系统。其功能是为某型号固体火箭发动机通过燃气提供可控轴向和侧向飞行推力，以保证飞行器稳定性、按规定弹道飞行或作必要机动飞行。球窝喷管是固体火箭发动机的机械动力装置，是导弹弹体的重要组成部分，是实现对飞行器控制的最终环节，关系到飞行的成败。某型号固体火箭发动机TVC系统-球窝喷管的全轴摆动运动通过大尺寸（Φ≥300mm）球面的阳

2、球和阴球等组成的接头来实现。接头即是TVC系统活动体和固定体的联接件，又是载荷支撑件。系统运动中，在大载荷作用下，接头受力状态比较复杂。决定接头动态性能的接触力分布、摆心漂移量及系统作动力矩预报问题；决定接头接触承载性能的接触应力、接触变形问题，是决定系统功能发挥的关键问题，其具体的研究方法和研究内容是目前该型号TVC系统尚未解决的关键问题，是本文主要研究目标。本课题的主要研究内容有：第一．基于Pro/E软件，建立球窝喷管整机模型,为系统刚柔耦合动力学分析提供几何模型。第二．基于虚拟样机技术，建立球窝喷管接头参

3、数化接触模型、刚柔耦合多体动力学模型。以正弦波激励方式，计算分析不同载荷作用下，系统运动中，阴、阳球间接触力的大小及分布规律、摆心漂移量和系统作动力矩。第三．采用计算流体动力学方法，计算了喷管内壁面压力分布；基于有限元分析软件ANSYS，建立球窝喷管接触有限元计算模型,计算分析球窝喷管接头接触应力和接触变形。通过课题研究，分别采用多体系统动力学、计算流体动力学和接触问题的有限元法，计算分析了该型号固体火箭发动机球窝喷管理论及试验难以解决的关键问题；形成了多学科综合的研究体系和研究方法；渴望在现有材料的基础上，进

4、一步完成型号设计，提高经济效益和设计效率。关键词：固体火箭发动机；球窝喷管；刚柔耦合多体动力学；有限元；弹塑性摩擦接触问题AbstractThethesisissomesolidsocketmotorThrustVectorControlsystem-ballandsocketnozzle,itwillbeappliedtothesystemofThrustVectorControl—TVC,whichislight-weight,light-momentandhigh-loadintheⅡ-levelsoli

5、drocketmotorofconventionaltacticsmissile.Itsfunctionisprovidescontrollableaxialandthecrabbingthrustforceforsomesolidsocketmotorthroughthefuelgas,toguaranteedtheflightvehiclestability、essentialevasionortrajectoryflightaccordingtotheprescribed.Itismechanicalpo

6、werinstallmentofsolidsocketmotor,importantcomponentofmissileairframe,andfinallinktocontrolstheflightvehicle,alsorelatestheflightsuccessorfailure.TheentireaxisoscillatingmotionofsomesolidpropellantengineTVCsystem-ballsocketnozzlewasimplementedthroughthejoint,

7、thejointwasmadeofpositiveballandnegativeballwithgreatsizesphere(Φ≥300mm).ThejointisnotonlyconnectingpartofmoveablebodyandfixedbodybutalsoloadstrutmemberintheTVCsystem.Whengivenlargeloadsinwork,thejointstateofforcewascomplex.Thekindofproblemofthedistributingo

8、fcontactforce,thedisplacementofswingcenterandtheforecastofdrivingtorquecontrolledthedynamicperformanceofjointandthekindofproblemofthecontactstressanddeformationcontrolledthecontactloadcapacityof