运载火箭的密频特性及其发动机隔振

论文摘要

由于新型大推力发动机的应用,运载火箭的力学环境不断恶化,有效的隔离发动机向卫星等仪器设备的振动传递成为一个大问题。本文使用Patran软件对运载火箭进行建模,使用Nastran软件进行后处理,为了减少不必要的模态计算,本文采用传统的多分支梁结构建模。由于梁模型对实体结构的简化比较大,这里为了对建立的梁模型进行验证,根据运载火箭的实体结构,建立了三维模型。通过计算得知,梁模型各阶频率的误差最大为6%,可以很好的模拟运载火箭的真实结构。通过计算我们发现运载火箭模态密集,不适合进行主动隔振,这里就采用被动的方法,使用金属橡胶垫对火箭的发动机进行隔振。这里用PCL语言的参数化建模,通过Visual C++软件进行辅助编程,实现参数的可视化修改,以及模态、传递率计算的批处理实现。最终由大量参数的计算结果,通过分析计算,确定金属橡胶材料各个参数对运载火箭的频率,及传递率的影响。本文主要研究了金属橡胶垫的高度和横截面积对金属橡胶隔振效果的影响,随着高度的增大或者面积的增大,金属橡胶的隔振效果都是越来越好,只是影响效果的变化逐渐减慢。当对于每一个发动机的金属橡胶的高度取0.1m,横截面积取0.6m2时,传递率可以降低50%左右,可以得到很好的隔振效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 火箭发动机的分类
• 1.2.2 火箭发动机的发展现状
• 1.2.3 金属橡胶简介
• 1.2.4 金属橡胶隔振的发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 运载火箭的全箭模型及其密频特性
• 2.1 引言
• 2.2 运载火箭的有限元仿真的模型建立方法
• 2.2.1 运载火箭的两种主要模型建立方法
• 2.2.2 流固耦合问题
• 2.2.3 液体推进剂质量矩阵的处理方法
• 2.3 运载火箭三维模型与梁模型计算结果
• 2.4 运载火箭模型的密频模态特性
• 2.4.1 密频模态的判定方法
• 2.4.2 火箭的密频模态特性
• 2.4.3 密频模态特性对隔振方法的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 金属橡胶的隔振理论及其仿真
• 3.1 金属橡胶材料的阻尼特性
• 3.1.1 金属橡胶隔振器的隔振原理
• 3.1.2 金属橡胶的损耗因子
• 3.2 阻尼模型的分类
• 3.2.1 传统阻尼模型
• 3.2.2 现代阻尼模型
• 3.3 金属橡胶的模型建立方法
• 3.3.1 金属橡胶的力学模型
• 3.3.2 金属橡胶的仿真模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 火箭发动机的金属橡胶隔振方案
• 4.1 基于梁模型的金属橡胶隔振模型
• 4.2 金属橡胶隔振模型的动力学分析
• 4.2.1 隔振模型的模态分析
• 4.2.2 隔振模型的传递率计算
• 4.3 影响运载火箭模型振动特性的主要参数
• 4.4 本章小结
• 第5章 隔振模型的参数设计
• 5.1 引言
• 5.2 隔振模型的金属橡胶参数可视化软件设计
• 5.2.1 软件的设计思想
• 5.2.2 软件的流程图
• 5.2.3 软件的使用方法介绍
• 5.3 金属橡胶隔振器的设计
• 5.3.1 隔振器参数对运载火箭的振动特性影响
• 5.3.2 隔振器的设计方案
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢