彈體尾噴管密封結構有限元分析

阮啟超

摘 要：尾噴管密封結構提升了導彈彈體對復雜環境的適應能力，使導彈發揮良好的性能。O型橡膠圈密封具有結構簡單、體積小、成本低等特點，被廣泛應用于航空航天等工程機械領域。本文通過有限元分析，研究尾噴管密封結構的變形特點和受力情況，分析結果為開展尾噴管密封結構設計提供了參考意見。

關鍵詞：導彈;尾噴管;橡膠密封;有限元分析

0 引言

導彈彈體主要功能是為導彈飛行提供良好的氣動性能，連接各彈上設備，使之成為一個有機的整體，提供飛行控制力，并且承擔各種載荷并為他們提供必要的工作環境。由于導彈的使用環境往往很復雜，為保證設備處于良好的工作狀態，有時候需要采用密封等措施[1]。O型橡膠圈密封結構具有結構簡單、拆裝方便、體積小和成本低等優點，被廣泛應用于航空航天、汽車制造、輪船等工程機械設計中[2-3]。

1 密封結構

彈體尾噴管密封結構主要由尾噴管、橡膠密封圈、支架等組成。尾噴管和支座的材料均為鋼，密封結構如圖1所示。

2 有限元計算模型

有限元計算模型使用ABAQUS軟件創建，有限元計算模型采用軸對稱模型。支架和噴管為鋼結構，計算主要考察尾噴管的變形和受載荷情況，為了降低成本、提高計算效率，計算模型將支架和尾噴管設置為剛體，計算模型如圖2所示。支架采用固定約束，尾噴管施加位移約束，模擬尾噴管安裝過程O型圈的變形和應力情況。O型圈采用Ogden模型，材料參數如表1所示。

3 計算結果與分析

橡膠圈的變形主要集中在與尾噴管接觸的區域，最大變形為0.60mm，此時結構變形情況如圖3所示。從圖3（C）和圖3（D）可以看出，O型圈在支架邊緣處有明顯擠壓，支架結構設計時需進行倒圓，防止尖銳的邊角對O型圈造成損傷，影響密封性能的同時會加速其老化、縮短使用壽命。

橡膠圈的受力情況如圖5所示。隨著尾噴管擠壓而發生變形，最大VonMises應力為1.12MPa。從時間-應力曲線可以看到橡膠材料受載時的典型“S”型非線性變化特點。由于接觸壓力為1.67MPa，該設計結構可以滿足不大于1.67MPa的工作介質的靜密封需求。

尾噴管受到橡膠圈的反力情況如圖5所示。從圖中可以看出，尾噴管最大載荷為2.4N。尾噴管所受載荷不大，在滿足密封的要求情況下拆裝較為方便。

4 結論

本文分析了彈體尾噴管密封結構的變形和受力特點。該結構O型圈的最大應力為1.12Mpa，密封結構可以滿足不大于1.67MPa工作介質的靜密封需求。尾噴管受力較小，可以較方便的拆裝。O型圈的安裝支架需要做倒圓處理，防止尖銳邊緣損壞密封圈，影響密封性能、減少使用壽命。

參考文獻：

[1]余旭東等.導彈現代結構設計[M].北京：國防工業出版社，2007.2.

[2]蔣小敏，甘志銀.真空密封中O型圈和燕尾槽的使用研究[J].裝備制造技術，2014（3）：45-47，55.

[3]張鎮國，沙寶林等. 基于Abaqus 的往復運動中雙道O型圈密封性能分析[J]固體火箭技術， 42

（2019）.

[4]江丙云，孔祥宏，羅元元.ABAQUS工程實例詳解[M].北京：人民郵電出版社，2014.9.