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贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素

北京航空航天大学学报 2019年第9期45卷 1797-1804页

作者：赵蓓蕾赵继广崔村燕王岩孙武华航天工程大学宇航科学与技术系北京101416 航天工程大学电子与光学工程系北京101416 中国人民解放军63618部队库尔勒841001

为确定推进剂爆轰作用下贮箱爆炸碎片的初始速度,基于能量守恒定律,考虑爆炸碎片动能、爆轰产物动能和内能、贮箱壳体的破坏能及其膨胀做功所消耗的能量,建立了贮箱爆炸碎片初始速度(FIV)模型。FIV模型与典型经验公式计算结果、带壳炸... 详细信息

为确定推进剂爆轰作用下贮箱爆炸碎片的初始速度,基于能量守恒定律,考虑爆炸碎片动能、爆轰产物动能和内能、贮箱壳体的破坏能及其膨胀做功所消耗的能量,建立了贮箱爆炸碎片初始速度(FIV)模型。FIV模型与典型经验公式计算结果、带壳炸药爆炸试验数据吻合较好,验证了模型有效性。采用量纲分析法确定FIV模型中影响碎片初始速度的关键参量,基于AUTODYN软件进行数值仿真,分析贮箱壳体高径比、厚径比以及空气密度等参量对碎片初始速度的影响。结果表明:爆炸碎片初始速度随着壳体高径比增大迅速减小,当高径比大于1. 50时,速度衰减变缓;碎片初始速度随着壳体厚径比增加近似呈线性减小;当爆炸高度小于20 km时,随着爆炸高度增大,空气密度减小,爆炸碎片的初始速度增大;在爆炸高度大于40 km时,空气非常稀薄,可以忽略壳体膨胀做功对碎片初始速度的影响。

关键词：贮箱爆炸碎片初始速度影响因素数值仿真

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贮箱多余物微激振清理机理与仿真分析

载人航天 2022年第1期28卷 103-112页

作者：郭永博王洪涛尹玉环吴增辉刘志川杜云龙高晗哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245 首都航天机械有限公司北京100076

贮箱内壁多余物的控制与清理一直是运载火箭制造过程中的技术难点、风险点和薄弱环节。通过对贮箱内壁复杂结构多余物清理的难题进行梳理,结合多余物的种类、尺寸、吸附脱附机理,提出了一种基于贮箱翻转台的新型超声微激振多余物清理方... 详细信息

贮箱内壁多余物的控制与清理一直是运载火箭制造过程中的技术难点、风险点和薄弱环节。通过对贮箱内壁复杂结构多余物清理的难题进行梳理,结合多余物的种类、尺寸、吸附脱附机理,提出了一种基于贮箱翻转台的新型超声微激振多余物清理方案,从仿真分析的角度揭示其清理机理,并结合微激振器结构参数对清理效果的影响进行分析,获得最佳设计参数,并完成微激振器阵列的布置方案。

关键词：贮箱运载火箭多余物微激振清理

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TC4钛合金贮箱低压爆破的失效分析

热加工工艺 2023年

作者：李思贝郑彰显宋凡黄立钠朱铭德上海空间发动机工程技术研究中心上海空间推进研究所

通过宏观检验、断口分析、金相检验对某TC4钛合金贮箱赤道焊缝低压爆破进行了综合失效分析。结果表明：在焊接过程中焊缝中心逐渐偏离焊接对接面，使得焊缝上部的熔池边界与焊缝对接面重合，产生半熔化区和大量小气孔。半熔化区强度和... 详细信息

通过宏观检验、断口分析、金相检验对某TC4钛合金贮箱赤道焊缝低压爆破进行了综合失效分析。结果表明：在焊接过程中焊缝中心逐渐偏离焊接对接面，使得焊缝上部的熔池边界与焊缝对接面重合，产生半熔化区和大量小气孔。半熔化区强度和韧性低，加上密集分布着大量的小气孔形成了面缺陷，减少了焊缝的有效截面，加剧了应力集中程度。最终在打压过程中以焊缝上部的半熔化区和小气孔为裂纹源，形成脆性断口，造成了贮箱的低压爆破。最后根据分析结果提出了相应改进建议。

关键词：钛合金贮箱低压爆破气孔

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

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宇航材料工艺 2023年第6期53卷 69-74页

作者：赵艳秋占小红顾远之王春林南京航空航天大学材料加工工程系南京211106 上海宇航系统工程研究所上海200000

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形... 详细信息

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

关键词：框桁式贮箱双激光束双侧同步焊接有限元分析

重复使用火箭贮箱焊接接头失效准则及高风险失效危险区确定研究

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宇航材料工艺 2024年第2期54卷 69-74页

作者：王晓博焦好军晋会锦刘德博刘希敏北京宇航系统工程研究所北京100076 航天材料及工艺研究所北京100076 北京航空航天大学北京102206

贮箱是重复使用火箭的关键部件之一,焊缝的完整性评定是重复使用火箭贮箱设计制造的难题。本文根据断裂力学弹塑性原理及双参数2A级失效评估方法,对重复使用火箭贮箱焊缝裂纹进行定量评估。基于贮箱焊缝完整性评定流程,给出求解贮箱箱... 详细信息

贮箱是重复使用火箭的关键部件之一,焊缝的完整性评定是重复使用火箭贮箱设计制造的难题。本文根据断裂力学弹塑性原理及双参数2A级失效评估方法,对重复使用火箭贮箱焊缝裂纹进行定量评估。基于贮箱焊缝完整性评定流程,给出求解贮箱箱底焊缝剩余强度和临界裂纹尺寸的方法,结合实例确定了典型贮箱高风险失效危险部位。计算结果表明,结构临界裂纹尺寸随外加应力增加而减小,剩余强度随临界裂纹长度增加而减小;在相同外加应力下,临界裂纹尺寸随结构外径的降低而减小;在一定临界裂纹尺寸下,剩余强度随结构外径增加而增加。

关键词：贮箱焊接风险准则

贮箱Y形环焊接残余应力及其对承载行为的影响

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中国有色金属学报 2017年第4期27卷 701-707页

作者：李艳军吴爱萍刘德博赵海燕赵玥王国庆清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室先进成形制造教育部重点实验室北京100084 北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

为了阐明贮箱Y形环环缝焊接残余应力对其承载行为的影响,以大型运载火箭贮箱Y形环为研究对象,采用数值模拟计算得到Y形环与箱筒段环缝焊后残余应力;然后分别在考虑和不考虑残余应力情况下,进一步计算Y形环承受内压载荷时的应力分布。结... 详细信息

为了阐明贮箱Y形环环缝焊接残余应力对其承载行为的影响,以大型运载火箭贮箱Y形环为研究对象,采用数值模拟计算得到Y形环与箱筒段环缝焊后残余应力;然后分别在考虑和不考虑残余应力情况下,进一步计算Y形环承受内压载荷时的应力分布。结果表明:环缝焊接在接头区域产生很大的残余应力,最大等效应力位于部分熔化区,最大值达到358 MPa;焊接残余应力对远离接头的部位承载时的应力基本没有影响,主要导致接头区域的应力提高,且使Y形环承载时的等效应力最大值也略有增大;焊接残余轴向应力和内压产生的轴向应力在接头内表面都是拉应力,两者叠加导致轴向拉应力明显增大。

关键词：贮箱 Y形环残余应力数值模拟焊接

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液氢贮箱停放过程中的力热分析

宇航学报 2019年第5期40卷 562-569页

作者：罗天培张伟李茂张家仙北京航天试验技术研究所北京100074 北京市航天试验技术与装备工程技术研究中心北京100074

为了寻找到运载火箭长时间停放过程中液氢贮箱的最经济液位,用于制定合理的发射流程以及紧急处置方法,采用计算流体力学(CFD)技术,对某型运载火箭停放期间液氢贮箱的力、热情况进行了仿真计算和分析。计算选用了VOF(Volume-of-fluid)两... 详细信息

为了寻找到运载火箭长时间停放过程中液氢贮箱的最经济液位,用于制定合理的发射流程以及紧急处置方法,采用计算流体力学(CFD)技术,对某型运载火箭停放期间液氢贮箱的力、热情况进行了仿真计算和分析。计算选用了VOF(Volume-of-fluid)两相流模型以及Lee相变模型,为了提高Lee模型在不同压力情况下对相变过程的模拟精度,采用安托因方程修正了该模型。修正后的模型首先由试验数据校验了其精确性,随后开展的液氢贮箱停放过程仿真结果表明:贮箱的竖直方向与径向均存在温度分层的现象,液相内会形成大的漩涡,该漩涡会使得冷热流体不断进行热交换,并导致贮箱内部的液氢出现气化。贮箱停放期间蒸发率最大值超过2 m^3/h,发生在停放4 h左右;而贮箱液位充填至37 m^3以上或17 m^3以下时蒸发率较低,最小值接近1 m^3/h。

关键词：贮箱 Lee模型安托因方程 VOF模型蒸发

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煤油贮箱冷氦鼓泡增压过程数值研究

化工学报 2020年第3期71卷 965-973页

作者：周芮程光平张浩任枫王舜浩张小斌浙江大学制冷与低温研究所浙江杭州310027 上海宇航系统工程研究所上海201109

火箭飞行过程中,约90 K的低温氦气用以加压室温下的煤油贮箱使煤油流出,保障发动机燃料供应。为尽可能减少氦气用量,设计低温氦气从液相中喷入,使得氦气在贮箱内上升过程先和液态煤油充分换热升温,再进入气相空间增压。但该过程可能引... 详细信息

火箭飞行过程中,约90 K的低温氦气用以加压室温下的煤油贮箱使煤油流出,保障发动机燃料供应。为尽可能减少氦气用量,设计低温氦气从液相中喷入,使得氦气在贮箱内上升过程先和液态煤油充分换热升温,再进入气相空间增压。但该过程可能引起两个不利的结果,首先浸没在煤油中的低温氦气管路表面可能结冰,结冰沉底或可能堵塞发动机滤网;其次氦气可能被煤油携带,从而排出口位置可能出现气液两相流。这两种情况都对火箭发动机稳定运行造成负面影响,因此是不允许的。对低温氦气在贮箱中心喷入和环向多孔喷入两种结构的气液两相流过程进行了数值研究,构建了基于Euler-Euler模型的两相传热非稳态模型,数值结果与地面实验观察到的现象进行了定性对比,定性验证了模型的准确性。重点考察了煤油排出过程两种喷入结构的气液两相流分布以及煤油结冰可能性。研究结果从机理上解释了实验现象,并为煤油贮箱增压排出方案设计提供了参考。

关键词：煤油氦气贮箱两相流增压设计数值分析

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航天器贮箱出流过程液体晃动及防晃

航空动力学报 2018年第12期33卷 3065-3072页

作者：杨唱孙冰方杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

针对某航天器贮箱,利用VOF(流体体积)方法对贮箱出流过程中液体晃动及防晃效果进行研究,模拟一定简谐加速度激励下,贮箱出流对液体晃动的影响,并对贮箱增设水平环形防晃板,研究了出流过程中不同宽度、不同分布的防晃板的防晃效果。通过... 详细信息

针对某航天器贮箱,利用VOF(流体体积)方法对贮箱出流过程中液体晃动及防晃效果进行研究,模拟一定简谐加速度激励下,贮箱出流对液体晃动的影响,并对贮箱增设水平环形防晃板,研究了出流过程中不同宽度、不同分布的防晃板的防晃效果。通过与实验结果对比,验证了VOF方法在计算液体晃动的可靠性。随着出流过程中贮箱充液率减小,液体重心波动幅度明显增加,晃动更为剧烈。当对贮箱增设防晃板时,防晃板能显著抑制出流过程中液体的重心波动。通过对比四种不同宽度的防晃板,得出当防晃板宽度与贮箱直径之比为0.1时,其防晃效果较优且受力最小;对比三种不同分布的防晃板,发现设置五层均布在圆柱段的防晃板时防晃效果最好。

关键词：晃动贮箱出流简谐激励防晃板