双推力室机架快速优化设计方法研究

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1、第41卷第4期2015年8月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．41，No．4Aug．2015双推力室机架快速优化设计方法研究霍世慧1，袁军社1，徐学军1，杨飒2(1．液体火箭发动机技术国防科技重点实验室，陕西西安710100；2．西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：针对双推力室发动机机架结构开展快速优化设计方法研究，包括模型参数化和结构的优化设计。通过2种不同工况机架实体和简化模型结构分析结果比较，验证了采用梁单元和MPC单元简化模型进行优化设计的合理性。自编程序直接生成包含机架结构布局和尺寸参数信息的有限元模型文件，解决

2、了传统参数化设计中建模精度和时间对优化设计的制约问题。综合考虑强度、刚度和稳定性进行机架结构布局和轻质化优化设计，机架结构在满足各项约束条件下重量发生明显下降，优化设计收到理想的效果。关键词：火箭发动机；双推力室机架；参数化建模；优化设计中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)04—0055—06ArapidoptimizationdesignmethodforframestructureofdoublethrustchambersHUOShihuil，YUANJunshel，XUXuejunl，YANGSa2(1．Natio

3、nalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonLiquidRocketEngines，Xi’an710100，China2．Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Arapidoptimizationdesignmethodwasestablishedfortheflamestructureofarocketenginewithdoublethrustchambers，includingparametricmodelingandstructureopt

4、imizationdesign．TherationalitytoconductoptimizationdesignbymeansofasimplifiedmodelwithbeamandMPCelementswasvalidatedbycomparingthestructureanalysisresultsoftwodifferentflameentitiesandasimplifiedmodel．Afiniteelementmodelfileincludingtheframestructurelayoutandsizeinformationwasgenerated

5、directlybyself-compiledprogram，whichimprovedthemodelingprecisionanddecreasedthemodelingtime．Thestrength，stiffnessandstabilityoftheflamestructurewereconsideredintheoptimizationdesignoftheframestructurelayoutandlightweight．Theframeweightwasdecreasedsignificantlyundertheconditionthatallre

6、strictionsweresatisfied．AidealeffectofoptimizationdesignwasobtainedKeywords：rocketengine；flamestructureofdoublethrustchamber；parametricmodeling；opti-mizationdesign收稿日期：2015—04—01；修回日期：2015—05—22作者简介：霍世慧(1985一)，男，博士，工程师，研究领域为液体火箭发动机强度理论56火箭推进2015年8月O引舌机架是火箭发动机传递推力的一种结构元件，主要有杆式、梁式和壳式3种基本

7、结构类型，其中杆式结构因其结构刚性和空间开敞，陀好等优点被广泛应用于液体火箭发动机11】。机架承力杆结构的布局需要具有良好的开敞性，避免与泵、入口管和总装管路等发生干涉，满足发动机的装配、调整和检查需求。同时，作为主要的承力构件，机架需要具有足够的承载能力，保证在不同工况发动机推力作用下有足够的强度、刚度和稳定性。机架结构的重量在发动机整体结构中占有较大的比重，使发动机在满足以上要求的同时具有紧凑的几何尺寸和尽量轻的结构重量是设计者较为关一fi,的问题。机架结构的常规设计手段是根据经验初步确定结构型式，然后通过结构分析和试验验证反复修改设计方案，导致设计周期较长