一体化包覆药柱缠绕应力的数值计算

潘浩东，王 瑞，舒慧明，尹艳华

(1.北京理工大学，北京 100081；2.西安近代化学研究所，西安 710065)

0 引言

固体火箭发动机作为动力装置在航空航天等领域都有广泛的应用[1]，对于推进剂的结构完整性分析以及壳体材料的强度考量在实际工艺中都是尤为重要的[2]。发动机对于壳体的要求比较高，普通的材料很难具有比较高的抗压强度，在进入21世纪后，各种新材料的发展很迅速，很多复合材料进入实用阶段，研究也表明，复合材料作为壳体材料相比普通材料是更加优良的选择[3]。复合材料壳体制作工艺也有很多，应用比较广泛的一种是纤维缠绕技术，树脂基碳纤维固化后形成的复合材料强度非常高，且成型效率高，成本低[4]。一般纤维缠绕壳体固化有“外固化”[5]和“内固化”[6]两种，但这两种方法都是将壳体单独固化[7]，成型后的壳体或与推进剂药柱无法形成良好的尺寸匹配，造成空隙间隔，影响装药效果且造成资源浪费。而国外曾致力于研究一体化包覆技术，将药柱进行处理，直接在其表面包覆并进行缠绕成壳，然后整件进行固化。经过多年发展，已基本形成了一体化包覆自动化设备及工艺[8]，其具体工艺流程见图1。

图1 一体化包覆工艺流程

对于纤维缠绕的数值分析，国内外也有过很多研究。MOROZOV进行了纤维缠绕复合材料壳的建模和应力分析[9]；UDDIN等[10]介绍了有限元建模和应力分析的结果以及纤维复合盘与不同类型的缠绕镶嵌方式；胡宽等[11]基于网格理论改变缠绕各参数，提出了壳体材料选择时选择高比强度材料的观点[11]；……