某运载火箭牵制释放动力学计算分析

论文摘要

牵制释放技术是一种在运载火箭发射过程中提高发射成功率的有效技术。在国外,牵制释放发射技术已经相当成熟,成为航天发射领域一项非常重要的技术,被广泛地应用于火箭和航天飞机的发射,而我国这方面目前还没有实际的应用,因此还需要做大量深入的分析研究工作。纵观其它国家的发射情况,该技术主要是通过牵制释放机构实现的,它包括机构型牵制释放机构和爆炸型牵制释放机构。本文先分析了国外运载火箭牵制释放发射技术的发展状况,并根据我国的需要和技术水平,提出了适合我国发展的机构类型,即爆炸型牵制释放机构。为了对该机构进行有效地设计研究,必须在牵制释放机构的环境下对运载火箭进行深入的动力学计算分析,并采用有限元的数值计算方法开展计算工作。首先,根据某运载火箭的结构数据建立了火箭的参数化有限元模型,其中所定义的参数将作为模型优化的设计变量。为了提高后面动力学计算分析的准确度,本文采用计算软件Ansys中的结构优化模块对有限元模型进行修正,修正的对象包括壳单元、梁单元的弹性系数和密度。在模型的修正方案中,不仅保证了前几阶的频率一致,而且要求对应的振型也一致,使得最后通过计算得到的有限元模型更接近实际结构。其次,在确定了牵制释放的载荷环境后,本文采用Ansys对修正后的模型进行瞬态动力学计算,并根据对计算结果的分析得到了牵制释放机构中爆炸螺栓和缓释销的相关结论,为牵制释放技术的进一步研究提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究状况综述
• 1.2.1 国外状况研究
• 1.2.2 机构型牵制释放装置
• 1.2.3 爆炸器型牵制释放装置
• 1.2.4 我国的研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 火箭牵制释放发射方案
• 2.1 牵制释放发射技术
• 2.2 牵制释放机构一般技术要求
• 2.3 牵制释放机构方案选择
• 2.3.1 国外牵制释放技术特点
• 2.3.2 机构类型的选择
• 2.4 爆炸螺栓加缓释销式的牵制释放机构
• 2.5 本章小结
• 第3章 建立参数化火箭动力学模型
• 3.1 运载火箭基本结构参数
• 3.2 运载火箭的有限元建模基础
• 3.2.1 薄壳单元基本理论
• 3.2.2 梁单元基本理论
• 3.2.3 壳单元与梁单元的连接约束条件
• 3.2.4 子结构法
• 3.3 火箭的参数化模型
• 3.3.1 助推器模型
• 3.3.2 芯级模型及全箭模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于模态试验的模型修正
• 4.1 模型修正技术的概述
• 4.2 在Ansys8.1 中实现模型修正
• 4.2.1 关于模态计算模块
• 4.2.2 模态实验介绍
• 4.2.3 有限元模型的修正
• 4.3 本章小结
• 第5章 火箭芯级的瞬态响应计算分析
• 5.1 进行瞬态分析的目的
• 5.2 动力学方程算法
• 5.3 载荷环境
• 5.3.1 发动机推力
• 5.3.2 风载荷的计算
• 5.3.3 牵制力与缓释力
• 5.4 火箭芯级瞬态响应的计算分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 简介