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宇航线式火工分离装置数值模拟及优化设计

陈敏  
【摘要】: 火工分离装置是航天飞行器上完成分离解锁任务的主要部件,能否顺利解锁直接关系到宇航飞行器的任务完成与否,以及宇航员与设备的安全。对于宇航线式火工分离装置的研制,传统的途径是采用经验设计——试验——修改设计的方式,需要进行反复试验和修改设计,导致工程成本高,研制周期长。本文采用数值模拟技术与结构优化方法,对宇航线式火工分离装置作了较为系统的研究,主要研究内容如下: (1)以有限元软件为平台,采用参数化编程建立2维模型和3维模型,分别对宇航线式火工分离装置爆炸分离过程和结构参数进行了大量数值模拟计算,描述了分离装置在爆炸过程的响应特性,并得到各结构参数对分离装置爆炸冲击的影响。 (2)以分离装置彻底分离所需炸药量最小为目标,结构应力为约束,采用响应面方法建立优化模型,对宇航线式火工分离装置装药腔进行结构优化。 (3)以结构最容易爆炸分离为目标,爆炸前蒙皮满足应力约束。采用(2)中提到的方法建立优化模型,对宇航线式火工分离装置中蒙皮削弱槽结构参数组合进行优化。 综上所述,本文将数值模拟技术和结构优化方法用于宇航线式火工分离装置研制中,建立了数值计算模型和优化模型,这些模型能直接应用到工程中,对工程设计和试验具有指导意义。


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