某发动机整机模态分析

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1、第38卷第4期火箭推进Vo1．38，No．42012年8月JOURNALOFROCKETPROPULSIONAug．2012某发动机整机模态分析邵松林(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：为了获得某型号发动机的动态特性，采用有限元方法进行了发动机整机的模态分析。按照由组件到整机的思想，分别建立了各个组件的有限元模型。重点对推力室和喷管的建模方法进行了分析。将推力室按等效刚度法等效为单层壳，喷管按结构特性等效为正交各向异性壳，并将喷管计算结果同模态试验结果进行对比，验证了喷管建模方法的准确性。各组件模型组装为整机有限元模型，计算得到了整机的模态分布。数值计算结果同模态试验结果吻合较好。

2、关键词：动态特性；有限元方法；喷管；模态试验中图分类号：V433．9—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2012104—0055—05ModalanalysisofarocketengineSHAOSong-lin(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abstract：Toobtainthedynamiccharacteristicsofacertainrocketengine，amodalanalysisfortheengineisconductedwithfiniteelementmethod(FE

3、M)．Accordingtotheideafromcomponentstointegrate，thefiniteelementmodelforeachcomponentisestablished．Inaddition，themodelingmeth-odsfornozzleandthrustchamberareanalyzedemphatically．Thethrustchamberissimplifiedtosin—gle—layershellbystiffnessequivalent，whilethenozzleissimplifiedtoorthotropicshellinaccord

4、ancewithitsstructuralproperities．Thecalculatedresultofnozzleiscomparedwiththatofmodalexperi—menttoverifytheprecisonofthemodelingmethodfornozzlepresentedinthispaper．Thefiniteele—mentmodelofwholeengineisassembliedbyallthecomponentmodels，andthenitsmodaldistribu—tioniscalculated．Theresultofnumericalcal

5、culationagreeswellwiththatofmodaltest．Keywords：dynamiccharacteristic；finiteelementmethod；nozzle；modaltest收稿日期：2011-11-14；修回日期：2012—02—28基金项目：国家“863”项目(2009AA7050409)作者简介：邵松林(1986-)，男，助理工程师，研究领域为火箭发动机结构动态特性分析56火箭推进2012年8月应向量和激励力向量。0引言线性系统任一点的响应向量都可以表示为各阶模态向量的线性组合，记由各阶模态向量tp组在火箭发射和飞行过程中，会产生强烈的成的模态矩阵为

6、=(，：，⋯，同时引入模T振动，例如火箭的横向弯曲振动、扭转振动、态坐标Q，Q=_q】，q，⋯q]，利用模态矩阵进行推进剂液体的晃动、火箭结构纵向振动及液体坐标变换，x=q~Q，得到微分方程为：管路输送系统的耦合振动(POGO)等，火箭设lQ+CQ+脚Q：F(2)计时必须对这些振动进行充分考虑。而火箭发液体火箭发动机结构中一般均采用金属材动机作为火箭动力的来源，本身就是一个冲击、料，各部件以及和机架、伺服机构的连接都采用振动和噪声的产生源，发动机的启动、关机，法兰或螺栓连接，材料阻尼和连接间的界面阻尼级间分离所产生的冲击载荷，以及发动机工作都很小，对结构固有频率和振型的影响微乎其所产生的各种

7、强噪声等，不仅给箭上组件带来微，因此将阻尼忽略。对无阻尼自由系统的微分了考验，也对发动机自身的结构强度提出了较方程进行傅立叶变换，得到：高的要求。传统的静力分析不足以解决这些振(JM)q,Q()=0(3)动问题，进行动态特性分析已经成为发动机设计必须要进行的一个环节。根据模态分析的正交性，将变成下面的特征传统的动态特性分析以试验模态分析为主，值方程：容易受试验技术条件的限制，同时试验周期较(一OJ‘Mr)Q=