大型整流罩分離仿真研究.pdf

1、大型整流罩分離系統(tǒng)是火箭飛行中一個(gè)關(guān)鍵的子系統(tǒng)，決定著火箭能否順利的將有效載荷送入預(yù)定軌道。隨著中國(guó)航天技術(shù)的進(jìn)步，新一代運(yùn)載火箭正朝著大直徑、大推力的方向發(fā)展，火箭整流罩的結(jié)構(gòu)尺寸也在發(fā)生著跨越式的增長(zhǎng)。由于整流罩結(jié)構(gòu)整體尺寸增加和采用旋轉(zhuǎn)分離形式，使得整流罩剛度減小，分離過(guò)程將引起較為劇烈的彈性變形，減小罩內(nèi)有效包絡(luò)，增加整流罩與有效載荷及箭體碰撞的危險(xiǎn)性。此外，整流罩規(guī)模的增大將引起地面試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生較大的氣動(dòng)阻力，阻礙整流罩分離，甚

2、至可能使之無(wú)法分離。因此，采取數(shù)值方法對(duì)整流罩分離和地面試驗(yàn)進(jìn)行仿真預(yù)示就變得十分重要了。
　　為了研究整流罩在不同分離能源輸入下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問(wèn)題，本文建立了精細(xì)有限元模型，并基于剛體模型仿真說(shuō)明仿真流程的可行性，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了彈性整流罩的仿真工作，闡述了考慮彈性振動(dòng)下的分離和變形特性。為了準(zhǔn)確模擬地面試驗(yàn)過(guò)程，本文利用流固耦合方法開(kāi)展考慮氣動(dòng)的分離仿真工作，獲得了分離過(guò)程中的流場(chǎng)變化規(guī)律，預(yù)示了地面試驗(yàn)的分離特性?？紤]到初始瞬

3、態(tài)沖擊的復(fù)雜性，本文最后對(duì)整流罩沖擊響應(yīng)問(wèn)題展開(kāi)討論，揭示了整流罩瞬態(tài)沖擊下的變形模式。本文主要研究?jī)?nèi)容為:
　　1)建立精細(xì)有限元模型，利用剛體動(dòng)力學(xué)和能量原理推導(dǎo)理論分離特性;通過(guò)精細(xì)剛體的仿真工作，獲得剛體分離特性并說(shuō)明相關(guān)有限元模型參數(shù)設(shè)置的正確性和利用ABAQUS商業(yè)軟件進(jìn)行大型整流罩分離仿真的可行性。
　　2)通過(guò)整流罩模態(tài)分析，預(yù)示出分離中可能存在的危險(xiǎn)振動(dòng)模式;仿真獲得了彈性整流罩不同分離能源輸入下的分離特性

4、、呼吸變形、能量等參數(shù);分析了不同彈簧建模方式對(duì)剛體和彈性體仿真的影響。結(jié)果表明在真空環(huán)境中，整流罩能夠成功分離，且與罩內(nèi)有效載荷無(wú)干涉接觸;能源輸入越多，越有利于分離;彈簧建模方式對(duì)剛體仿真影響不大，但對(duì)彈性體仿真有較大影響，彈簧頂桿能夠抑制呼吸變形和軸向變形。
　　3)基于CEL方法開(kāi)展了地面分離預(yù)示工作，闡述了流場(chǎng)變化規(guī)律。分析結(jié)果表明地面試驗(yàn)中，氣動(dòng)阻力對(duì)分離過(guò)程影響很大;冷氣系統(tǒng)對(duì)分離試驗(yàn)貢獻(xiàn)不大，反而帶來(lái)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題