论文部分内容阅读
随着航天事业的发展进步，火箭整流罩的几何尺寸也越来越大，对开平抛分离方式取代铰链翻转方式成为整流罩分离技术的主要发展方向。整流罩尺寸的增加及分离方式的改变引起整流罩的刚度减小，分离过程中的弹性变形越来越剧烈，整流罩的运动状态更加复杂，增加了整流罩与有效载荷及箭体碰撞的危险。目前多体柔性动力学及相关理论还不够完善，不足以详备的计算、描述整流罩分离过程中的弹性变形问题；整流罩真空分离试验需要大型真空罐等一系列高技术实验设备以模拟太空环境，但目前国内还不具备完整的试验设施；地面试验能够在一定程度上模拟整流罩分离过程，但存在空气及重力等干扰因素。综上所述，整流罩技术的发展迫切需要运用一种技术手段，着重对分离过程中的弹性变形进行模拟和分析，而现有的研究工作对整流罩弹性变形的研究还不充分。本文正是针对这种情况，通过有限元方法，运用ANSYS/LS-DYNA软件对整流罩分离过程进行仿真，重点研究其弹性变形带来的影响。首先，介绍了整流罩的结构和工作过程，确立了分析所用整流罩尺寸、材料、结构形式等参数，对气囊分离力进行了拟合，确定了分段加载的位置和载荷作用时间求解过程，为研究工作做好了准备。其次，基于弹性力学和弹性动力学理论，运用有限元方法对整流罩随火箭飞行过程进行了静力和动力学特性分析。将气动载荷等效为各方向上的静载荷，分析此时整流罩的应变和应力；对整流罩进行了模态分析和正弦振动载荷作用下的响应分析，确定其动力学特性。然后，基于柔性多体动力学和流固耦合理论，进行了地面环境下整流罩分离过程仿真，通过与地面试验数据的对比，检验和完善了仿真模型。分析了三种工况下整流罩的变形和运动情况，确定了有效载荷安全包络，着重讨论了空气阻力对整流罩分离过程的影响。最后，基于柔性多体动力学理论，进行了真空环境下整流罩分离过程仿真，预示了整流罩的工作性能。分析了整流罩的弹性变形和运动情况，讨论了相关因素的影响，确定了有效载荷安全包络及箭体安全过载范围。