[發明專利]固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋增強模擬件及成型方法

有效

• 申請號: 202210309033.9
• 申請日: 2022-03-27
• 公開（公告）號: CN114953519B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 孫新智;郜婕;沙寶林;張鎮國;賈樂凡
• 申請（專利權）人: 西安航天動力技術研究所
• 主分類號: B29C70/68
• 分類號: B29C70/68;B29B11/14;B32B25/00;B32B25/04;B32B27/34;B32B27/06;B29L31/30
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明提供了一種固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋增強模擬件及成型方法，增強模擬件包括單側裂紋試件和結構增強件；單側裂紋試件前緣安裝結構增強件；結構增強件與所述單側裂紋試件的安裝端折角以圓弧過渡。本發明能夠有效減小人工脫粘層處的應力集中。

技術領域

本發明涉及固體火箭發動機性能測試領域，具體涉及一種固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋增強模擬件及成型方法。

背景技術

火箭發動機是火箭飛行器系統的推進動力裝置，固體火箭發動機由于其結構簡單、工作可靠、維護簡便、快速反應能力強等優點，廣泛應用于各類戰術、戰略導彈。固體火箭發動機主要由發動機燃燒室殼體、固體推進劑藥柱、絕熱層、襯層、人工脫粘層、噴管和安全點火裝置等組成。

貼壁式澆注的固體發動機，在長期貯存、運輸的過程中，可能會由于推進劑藥柱、絕熱層、襯層等材料老化，出現裝藥燃燒室粘結界面脫粘等損傷缺陷。在發動機的工作過程中，由于沖擊、振動載荷的影響下，脫粘有可能會進一步擴展，輕則影響發動機的結構完整性、內彈道性能，嚴重時，甚至會導致發動機工作時穿火、燃燒室壓強超過使用極限，導致發動機爆炸等災難性后果。結構完整性是固體火箭發動機技術重要的研究課題之一，預防藥柱的裂紋與脫粘一直是固體火箭發動機研發人員的關注重點之一，人工脫粘結構有效解決了藥柱與內絕熱層的脫粘問題。人工脫粘結構是固體火箭發動機燃燒室前后端或一端設計的一個薄弱環節(即自由伸張界面)，其主要的功能包括三方面：(1)在固化降溫載荷下，可以有效降低貼壁發動機藥柱中孔和翼槽根部的應力水平，并通過應力釋放環的作用，減小界面的應力水平；(2)釋放前、后封頭絕熱層與藥柱由于外界環境、載荷等因素引起的內應力，保證藥柱處于良好的受力狀態，并使絕熱層與殼體的粘接性能良好；(3)在固體火箭發動機點火起動瞬變的壓強作用下，使前、后封頭的受力狀態得以改善，以減緩沖擊載荷引起的應力，避免產生突然的變形沖擊，導致發動機結構破壞。

由于固體裝藥復雜的幾何構型、內彈道性能要求下藥柱復雜的內腔面以及復雜的外界載荷等因素下，采用人工脫粘技術可以在滿足發動機內彈道性能要求的同時，有效降低藥柱的應力應變水平。但由于人工脫粘層可以看作一條宏觀裂紋，使得裂紋前緣的應力狀態十分惡劣，在人工脫粘層前緣會出現很高的應力區，所以很有可能因界面正應力過大發生脫粘。隨著發動機直徑和長度的增大、工作壓強的提高，以及某些固體火箭發動機須經歷長期的貯存和巡航狀態，人工脫粘結構完整性的問題也愈加突出。

人工脫粘層根部前緣是呈現Y字形的結構，易產生應力集中，從而引起破壞。為了降低人工脫粘層末端處的應力集中，避免出現界面脫粘以及更嚴重的后果，盡量使人工脫粘層末端改為平滑的圓弧，降低因存在折角而產生的應力集中。當前用于模擬固體發動機人工脫粘層應力狀態采用的是圓周裂紋試件，該試件由于形狀特點，無法安裝結構增強件去減小人工脫粘結構前緣的應力集中，本領域尚沒有用于固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋處的增強模擬件，無法模擬固體發動機實際工作中人工脫粘結構前緣的應力狀態，并通過增強模擬件改善人工脫粘結構前緣的應力集中，目前的研究存在一些的缺點和局限性：

(1)將人工脫粘結構前緣的折角改為圓弧狀，可能會存在圓弧形構件在制造過程中因滑移而偏離設計狀態的問題。無法保持圓弧的形狀，使藥柱再次恢復為折角狀態，產生較大的應力集中。

(2)當前使用的圓周裂紋試件，因其形狀及結構特點，無法與增加的結構增強件成型，需要采取合適的裂紋試件與增強件結合。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋增強模擬件及成型方法，能夠有效減小人工脫粘層處的應力集中。

本發明采用的技術方案如下：

一種固體火箭發動機人工脫粘結構單側裂紋增強模擬件，所述單側裂紋增強模擬件包括：單側裂紋試件和結構增強件；

所述單側裂紋試件前緣安裝所述結構增強件；所述結構增強件與所述單側裂紋試件的安裝端折角以圓弧過渡。