不同构型固体火箭发动机模态及屈曲特性数值模拟与分析

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中文摘要：结构振荡引起的药柱应变响应会直接导致燃速变化,极有可能是固体火箭发动机燃烧不稳定的诱导因素.与此同时,发动机构型差异直接影响结构特性,会造成药柱的应力、应变响应分布差异,对燃烧不稳定的影响程度也不尽相同,研究结果可作为燃烧不稳定分析、预判的重要依据,但是相关研究成果报道较少.本文,参照某型发动机设计参数,建立了不同长径比、不同工作时期等构型的发动机几何模型.运用实模态分析法和线性屈曲分析法作为理论基础,进行了多组别数值模拟.有约束模态分析结果表明,低阶模态振型为发动机整体振动,高阶模态为药柱振动或发动机整体振动.当发动机长径比为4～10时,随长径比增大模态振动频率减小.无约束发动机一阶模态振动频率均大于一端约束发动机.燃烧引起的质量流失会使各阶模态的振动频率上升,一阶模态振动频率上升超过2倍.轴向屈曲数值模拟结果显示,随长径比增大,屈服乘子λ减小,屈服极限载荷减小,更易发生轴向屈曲破坏.总之,不同构型固体火箭发动机的模态和屈曲特性有明显差异,同时也会影响药柱应变响应,从而对燃烧过程产生影响,可能诱发燃烧不稳定,或在燃烧不稳定过程中起到增益作用,是不可忽视的重要因素.

作者：

Pan Wang、王攀、Peijin Liu、刘佩进、Wen Ao、敖文

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作者单位：

中国航天科技集团有限公司第四研究院第四十一研究所,西安 710025

西北工业大学燃烧、热结构与内流场国防科技重点实验室,西安 710072

关键词：

固体火箭发动机结构振荡模态分析屈曲特性燃烧不稳定

主办单位：

中国科协航空发动机产学联合体

会议名称：

第六届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十二届技术交流会暨2021航空发动机技术发展高层论坛

会议时间：

2021-12-01

会议地点：

成都

会议母体文献：

第六届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十二届技术交流会暨2021航空发动机技术发展高层论坛论文集

页码：

888-896

出版时间：

2021