药柱结构缩比发动机设计与验证①

贾永刚，张为华，刘东旭，张 炜

(1.国防科技大学航天与材料工程学院，长沙 410073;2.中国航天科工集团公司六院四十一所，呼和浩特 010010)

0 引言

固体火箭发动机药柱结构完整性分析的主要任务是分析发动机中各种载荷作用下药柱的力学响应。推进剂药柱的力学响应分析可分为2类:(1)理论分析或数值模拟;(2)推进剂试样的力学性能测试及分析。即使是理论分析或数值模拟，通常也基于推进剂力学性能数据，如弹性模量、最大延伸率及抗拉强度、断裂性能、力学性能主曲线、本构关系等［1－3］。目前，推进剂的单轴拉伸试验及其性能参数是指导推进剂力学性能研究和装药结构设计的主要依据，但也存在应力状态单一的明显不足，难以真实反映药柱内部的应力状态［4］。如果直接在全尺寸发动机中测试，受到测试技术和发动机使用特点的约束，直接测试不易实现;如果将发动机进行解体取样测试，势必造成资源浪费。

为了解决上述问题，Thepenier等［5］采用缩比技术，研究了全尺寸CTPB(端羧基聚丁二烯)推进剂药柱最大应力点的状态，并给出了缩比发动机的设计准则:缩比发动机和全尺寸发动机药柱平均应变与最大应变的比值一致。本文首先根据Thepenier等人提出的设计准则，设计出预示全尺寸HTPB(端羟基聚丁二烯)推进剂药柱力学性能的缩比发动机;其次，对设计准则的有效性进行分析;最后，利用数字散斑结果及相关算法，对缩比发动机药柱温度试验结果进行分析，验证缩比发动机预示结果的有效性。……