大型整流罩分離仿真研究.pdf

1、大型整流罩分離系統(tǒng)是火箭飛行中一個關鍵的子系統(tǒng)，決定著火箭能否順利的將有效載荷送入預定軌道。隨著中國航天技術的進步，新一代運載火箭正朝著大直徑、大推力的方向發(fā)展，火箭整流罩的結構尺寸也在發(fā)生著跨越式的增長。由于整流罩結構整體尺寸增加和采用旋轉分離形式，使得整流罩剛度減小，分離過程將引起較為劇烈的彈性變形，減小罩內有效包絡，增加整流罩與有效載荷及箭體碰撞的危險性。此外，整流罩規(guī)模的增大將引起地面試驗時產生較大的氣動阻力，阻礙整流罩分離，甚

2、至可能使之無法分離。因此，采取數值方法對整流罩分離和地面試驗進行仿真預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力學響應問題，本文建立了精細有限元模型，并基于剛體模型仿真說明仿真流程的可行性，在此基礎上開展了彈性整流罩的仿真工作，闡述了考慮彈性振動下的分離和變形特性。為了準確模擬地面試驗過程，本文利用流固耦合方法開展考慮氣動的分離仿真工作，獲得了分離過程中的流場變化規(guī)律，預示了地面試驗的分離特性?？紤]到初始瞬

3、態(tài)沖擊的復雜性，本文最后對整流罩沖擊響應問題展開討論，揭示了整流罩瞬態(tài)沖擊下的變形模式。本文主要研究內容為:
　　1)建立精細有限元模型，利用剛體動力學和能量原理推導理論分離特性;通過精細剛體的仿真工作，獲得剛體分離特性并說明相關有限元模型參數設置的正確性和利用ABAQUS商業(yè)軟件進行大型整流罩分離仿真的可行性。
　　2)通過整流罩模態(tài)分析，預示出分離中可能存在的危險振動模式;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;分析了不同彈簧建模方式對剛體和彈性體仿真的影響。結果表明在真空環(huán)境中，整流罩能夠成功分離，且與罩內有效載荷無干涉接觸;能源輸入越多，越有利于分離;彈簧建模方式對剛體仿真影響不大，但對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方法開展了地面分離預示工作，闡述了流場變化規(guī)律。分析結果表明地面試驗中，氣動阻力對分離過程影響很大;冷氣系統(tǒng)對分離試驗貢獻不大，反而帶來系統(tǒng)可靠性問題