固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构优化设计

摘要

针对某型号发动机喷管扩张段壳体结构,建立了高精度三维扩张段热结构FEM模型,计算了喷管工作时扩张段壳体结构在承受高温、高压以及作动器外载的联合作用下,结构的应变及位移分布规律,并与全尺寸发动机喷管热联试的试验结果作对比.结果表明:热结构仿真计算与试验结果吻合较好,其中关键承载部位应变最大误差小于15％,验证了热结构仿真模型准确性及精度,可以用于工程上扩张段壳体热结构强度校核.在此基础上,以环/母向筋条数量为设计变量,采用First-order优化方法对喷管扩张段壳体结构进行减重优化设计,在满足强度和刚度要求的前提下实现了目标结构约30.8％ 的有效减重.以上计算结果对于固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构设计优化,准确预估结构安全裕度有着一定的参考价值.