某新型发动机结构振动特性分析

来源 :中国运载火箭技术研究院 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yumiaochan
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某新型液体火箭发动机是我国正在研制的新一代重型运载火箭芯三级发动机。本文以该发动机为研究对象,建立整机有限元模型,研究该发动机的整机振动特性。为了保证模型和建模方法的准确性,本文采用Abaqus有限元软件先对某上面级发动机进行有限元建模,并对其进行模态分析。将模态计算结果与模态试验结果对比,发现模态频率的误差在15%以内,符合总体建模要求,认为建模方法可行,并将该建模方法运用到某新型液体火箭发动机中。对某新型液体火箭发动机进行有限元建模,并采用该模型进行模态分析,计算结果发现,发动机整机一阶频率较低(6Hz左右),容易与箭体的纵向自振频率和伺服机构的作动频率耦合。为避免发生耦合共振,需要提高发动机的一阶固有频率,发动机的整体频率主要由机架、推力室、喷管延伸段等主体结构决定,由于推力室和喷管延伸段决定发动机的性能参数,总体方案一旦确定,很难对其结构进行大的更改,故本文提出了只对机架进行改进设计的方案。结合国外发动机与箭体的对接方案与机架传力结构方案,提出了桁架式机架、壳式机架和壳梁式机架三种机架改进方案,并对采用三种类型机架的发动机进行整机模态计算,通过对比分析,选出了最优的机架改进方案,并对改进后的机架进行了静强度校核。根据火箭总体和发动机自身强度要求,发动机需进行振动考核试验。本文根据发动机预测的振动环境试验条件,采用改进后的机架对发动机进行整机谐响应分析,得到了各组件在100Hz以内低频正弦激励下的振动响应。受计算硬件能力限制,本文对发动机单机进行了随机振动分析,得到了单机各组件的随机振动响应。通过以上分析获取了各组件在振动激励下的响应情况,摸清了设计中的薄弱环节及后续振动试验中需重点关注的部位,为改进设计提供了依据。对某新型发动机上的液氢导管一和气氢导管二进行了静、动强度分析和随机振动疲劳分析方法的研究。分析了网格划分密度对强度计算结果的影响,在静、动强度分析的基础上,采用频域分析法对导管进行随机振动疲劳分析,探讨了该疲劳分析方法在导管疲劳寿命预估中的工程可行性。
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