鞠一非，相升海，王睿智，刘瑞东，杨艳羽

(沈阳理工大学 装备工程学院，沈阳 110159)



销钉连接的复合结构喷管强度分析及其壳体厚度优化

鞠一非，相升海，王睿智，刘瑞东，杨艳羽

(沈阳理工大学 装备工程学院，沈阳 110159)

利用有限元法对复合结构喷管进行强度分析，分别得到了应力场和应变场；利用响应曲面法对喷管结构进行优化，并对设计变量的敏感度进行分析。结果表明，金属层应力较大，其余部分较小，且最大应力点出现在连接销钉上；喷管结构在优化后质量减轻了1.9%；喷管壳体前端壁厚对喷管总质量影响最大；长尾管壳体末端壁厚对喷管壳体的最大应力影响最大。研究结果对喷管的设计和工程应用有一定的参考价值。

复合结构喷管；连接销钉；压强载荷；强度分析；结构优化

喷管是固体火箭发动机的重要组成部分，其作用是将燃烧产物的热能转化为高速射流的动能从而产生推力。由于喷管对火箭发动机装置的质量和强度特性有很大的影响，因此进行喷管结构的强度分析和优化是十分重要的。

文献[1-4]中通过建立不同的简化模型对键连接式火箭发动机的喷管结构进行了强度分析；文献[5，6]中对柔性喷管结构进行了强度和刚度分析；文献[7，8]中对螺纹连接式火箭发动机的喷管结构强度进行了数值计算。

图1是销钉连接的分段式复合结构喷管，由金属层、模压高硅氧层和模压碳纤维层三部分组成。该结构的优点是当发动机异常工作引起燃烧室压强高于壳体强度极限之前，喷管连接处的销钉首先发生断裂，将喷管甩出，避免发生爆炸现象。……