液体火箭发动机总体结构动力学建模与仿真开题报告

 2023-07-27 09:10:30

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

1.课题背景与意义

载人登月、宇宙航行、人造卫星以及深空探索等地外航天活动是推动我国迈入航天强国、体现综合国力的重要战略部署。而且火箭引擎是我国航天技术和工业进步的坚实基石。几十年来,作为世界航天工业巨头的美国和俄罗斯尤其注重液体火箭发动机的开发,生产研制开发出了多种新型液体火箭发动机,奠定了其作为航天工业强国的国际地位[1]。为满足航天事业的需要,我国也开展了关于大推力,可重复使用的液体火箭发动机相关技术的深入研究[2]。由于火箭发动机动力学将会成为未来航空航天领域关键技术突破的重要基础学科,因此,动力学问题是值得系统性、规律性深入分析与研究的一个关键课题。目前,新型液体火箭发动机必须具有更好的推力质量比、更好的可靠性和更长的使用寿命。同时,还要求混合比和推力大小可大范围调节。这就是导致大推力发动机结构动力学的复杂性的根本原因。发动机机械结构环境更加复杂和恶劣,设计、制造和试验的难度将大大增加[3]。正是由于处在极端物理条件下运行的负载流体热动力系统,其工作条件载荷多变、力学环境复杂,故障的发生和发展极为迅速。发动机在研制过程中,总体结构曾多次出现密封泄露、管路断裂、焊缝开裂、紧固件失效、低频振动放大、振动测量失真等问题。此外,在研制过程中,还存在由于总体结构、布局的局部改进,对发动机其他组件产生了间接影响,导致出现重大故障的情况。总体结构是发动机发生故障概率最高的一类产品[4-10]

虽然上述问题大多通过工程方法已得到较好解决,但受限于研究条件和研制进度的制约,在一定程度上对引发故障的深层机理,缺乏系统性和规律性的深入分析、研究。因此,发动机的结构动态特性是避免结构振动所引发的故障及事故、掌握发动机动态设计方法的基础。优化发动机总体结构是提升发动机整机设计裕度、简化研制流程的基础和保障。研究先进的总体设计方案,可以保证发动机各组件获得更高的可靠性。并大幅简化整机装测流程,这对于缩短发动机研制周期,减少研制经费至关重要。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

主要的研究问题:

(1)发动机总体结构多物理场动力学仿真建模

(2)基于动力学仿真模型的动态特性分析

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