雙推力室機架快速優化設計方法研究

霍世慧，袁軍社，徐學軍，楊 颯

（1.液體火箭發動機技術國防科技重點實驗室，陜西 西安710100；2.西安航天動力研究所，陜西 西安710100）

0 引言

機架是火箭發動機傳遞推力的一種結構元件，主要有桿式、梁式和殼式3種基本結構類型，其中桿式結構因其結構剛性和空間開敞性好等優點被廣泛應用于液體火箭發動機[1]。機架承力桿結構的布局需要具有良好的開敞性，避免與泵、入口管和總裝管路等發生干涉，滿足發動機的裝配、調整和檢查需求。同時，作為主要的承力構件，機架需要具有足夠的承載能力，保證在不同工況發動機推力作用下有足夠的強度、剛度和穩定性。機架結構的重量在發動機整體結構中占有較大的比重，使發動機在滿足以上要求的同時具有緊湊的幾何尺寸和盡量輕的結構重量是設計者較為關心的問題。

機架結構的常規設計手段是根據經驗初步確定結構型式，然后通過結構分析和試驗驗證反復修改設計方案，導致設計周期較長、試驗成本較高，且無法量化各種影響因素的靈敏度，以獲得最優設計方案。采用優化設計方法能在滿足當前結構設計需要的各項約束條件的基礎上，獲得最佳的結構物理和功能特性，大大減少設計方案的修訂，降低工程成本。曹紅娟和柴皓利用ANSYS有限元軟件對火箭發動機機架進行了優化設計，保證結構強度和穩定性的基礎上大大降低了結構成本[2-3]；何昆開展了樹脂基復合材料機架纖維、樹脂基體和加工工藝的優化設計，并通過靜強度試驗進行驗證[4]；……