[发明专利]液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法

说明书

本发明涉及一种液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法。本发明的目的是解决现有技术存在所采用的输入载荷都是单一加速度载荷，难以满足复杂热试车过程中多源载荷激励情况的技术问题，提供一种液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法。本发明综合了液体火箭发动机整机结构动力学建模技术与多激励源冲击动力学分析方法，在对液体火箭发动机整机模型进行合理简化后基础上，采用在多个位置施加强迫位移载荷作为激励输入，开展液体火箭发动机整机结构动力学分析，对发动机关键部位结构强度以及摇摆轴承摇摆角度进行分析，能够对发动机结构优化以及极限承载能力提供有效评估，进而对后来的高工况试车发动机结构强度提供有效预估。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机，具体涉及一种液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法。

背景技术

液体火箭发动机在热试车过程中，结构会发生剧烈抖动，抖动的原因有很多，比如阀门开闭过程产生的水击、燃烧室中剧烈燃烧产生的振动和涡轮泵中严酷工作环境所产生的振动等，剧烈的抖动过程可能会对当下工况甚至更高工况下的发动机结构强度造成破坏，故需要进行发动机冲击载荷结构响应预示方法研究。热试车过程中载荷源很难辨识以及采集，相互之间还会有复杂耦合发生，对发动机冲击动力学研究过程中激励载荷的获取造成了很大困难。常规冲击动力学研究过程所采用的输入载荷都是单一加速度载荷，难以满足复杂热试车过程中多源载荷激励情况。因此，需要发展一种火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法，能够在不采用加速度载荷作为载荷激励的情况下进行整机状态多源载荷冲击动力学研究，以实现对发动机关键部位结构强度以及摇摆轴承进行分析评估。

发明内容

本发明的目的是解决现有液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法中存在所采用的输入载荷都是单一加速度载荷，难以满足复杂热试车过程中多源载荷激励情况的技术问题，提供一种液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)简化发动机整机模型

将发动机的机架简化为梁结构，将发动机的待测部位简化为壳体结构，将发动机的燃气弯管采用实体结构，忽略发动机的各个细小管路，得到简化后的发动机整机模型，简化后的发动机整机模型包括自上至下依次连接的机架、燃气弯管和涡轮泵；燃气弯管的中部与机架连接，燃气弯管两端分别通过摇摆轴承铰接悬臂，两个悬臂末端分别设置喷管；

2)构建发动机结构动力学仿真模型

对简化后的发动机整机模型进行建模，得到发动机结构动力学仿真模型，将仿真模型的机架部分与试车台动架仿真模型连接；

3)冲击载荷加载

在真实发动机试车过程中，对其进行高速摄影，对摄影所得图像数据进行处理，获取待测部位的位姿变化数据，位姿变化数据为位移随时间变化的曲线，该曲线包含轴向、径向和切向三个方向数据；将该位姿变化数据作为冲击载荷加载到仿真模型的相应位置处；

4)发动机冲击结构动力学求解

待步骤3)完成后，进行发动机仿真模型冲击结构动力学求解；

5)求解结果分析

利用步骤4)所得求解结果，对发动机待测部位的结构强度和铰接处摇摆轴承的摇摆角度特性进行分析，根据分析结果对发动机在标准工况及高工况试车时的结构强度安全域度进行有效评估。

进一步地，步骤5)中，对发动机待测部位的结构强度和铰接处摇摆轴承的摇摆角度特性进行分析的具体步骤为：