CN112966354A - 燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法 - Google Patents

燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，排导装置包括非金属保护板、金属本体、压紧件及尾部安装板，金属本体下平面为安装底面，非金属保护板的上型面为燃气流排导面；检测飞试后排导装置‑用样板检测金属本体与非金属保护板之间安装面的变形量‑计算、比对‑根据检测数据复核计算排导装置安全系数‑评估排导装置是否满足继续飞试要求。操作简单、评估准确，可以准确评估飞试后的燃气流排导装置能否继续满足发射要求。

Description

燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法
技术领域
本发明属于导弹发射系统中燃气流排导装置技术领域，具体涉及一种燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法。
背景技术
导弹发射过程中，燃气流中富含各种化学物质和固体颗粒，会对发射台产生严重冲击和烧蚀，要求排导装置对高温、高压的燃气射流进行合理安全的排导。随着连续发射需求的提出，燃气流排导装置一般要求连续使用4～6次。一次或几次发射后，燃气流排导装置能否继续使用，现阶段主要依赖于技术人员目测排导装置排导面烧蚀后是否有裂纹、深度尺测量烧蚀深度、目测金属本体焊缝是否开裂等，然后根据经验判定排导装置能否满足使用要求。但随着排导装置的发展，异形排导面(如曲面)的出现，一次或几次发射后，排导面烧蚀也不规则，传统的测量方式无法精准测量；同时目测方式无法准确得知排导面烧蚀后裂纹是否贯穿，容易造成误判；再则，由于技术人员经验积累参差不齐，靠人的主观判断不具备科学性。因此，由于误判会造成的排导装置不满足发射要求，影响发射安全性和发射精度。
发明内容
本发明的目的就是针对现有评估方法的缺陷，提供一种飞试后能否继续满足发射要求的燃气流排导装置抗冲刷能力科学评估方法。
为实现上述目的，本发明所设计的燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，排导装置包括非金属保护板、金属本体、压紧件及尾部安装板，金属本体下平面为安装底面，非金属保护板的上型面为燃气流排导面；所述评估方法为：
1)检测飞试后排导装置
1a)扫描非金属保护板的燃气流排导面，记录燃气流排导面的烧蚀曲线
1b)对飞试后非金属保护板进行X光检测，记录检测结果；
1c)对飞试后金属本体焊缝进行检测；
2)用样板检测金属本体与非金属保护板之间安装面的变形量；
3)计算、比对
3a)计算非金属保护板平均烧蚀厚度t
t＝(t1+t2)÷2
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度；
3b)比对非金属保护板飞试前、飞试后X光检测情况，是否有裂纹；
3c)比对金属本体飞试前、飞试后焊缝检测情况，焊缝是否开裂；
4)根据检测数据复核计算排导装置安全系数
4a)若步骤3b)中非金属保护板全区域内任意位置出现厚度方向贯穿性裂纹；
4b)若在非金属保护板重载区域出现超过三条以上非贯穿性裂纹；
4c)若步骤2)中用样板检测排导装置金属本体与非金属保护板安装面变形量≥3.5mm；
4d)若步骤3c)中金属本体出现焊缝开裂；
飞试后的排导装置若出现步骤4a)、步骤4b)、步骤4c)、步骤4d)中任意一种情况时，该排导装置不能满足飞试要求，无需进行步骤5)的评估；
飞试后的排导装置若未出现步骤4a)、步骤4b)、步骤4c)、步骤4d)中的所有情况，则进行步骤5)的评估；
5)评估排导装置是否满足继续飞试要求
5a)根据步骤3a)中计算的非金属保护板平均烧蚀厚度值t修改排导装置安全系数的计算模型中的非金属保护板整体厚度值；
根据步骤3a)中典型烧蚀型面位置及最大烧蚀量值修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板典型烧蚀型面厚度值；
根据非金属保护板裂纹位置、裂纹数量、裂纹长度值修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板；
5b)根据步骤5a)修改后的计算模型进行仿真计算最大应力值和最大变形值；其中，排导装置安全系数的计算模型载荷及约束条件按原飞试要求不变；
5c)计算排导装置安全系数
安全系数F计算如下：
F＝δs×ki÷δmax
δs为排导装置金属本体材料屈服强度，k为屈服强度系数、i为排导装置试飞次数；
同时满足以下两个条件排导装置满足飞试要求：
1)安全系数F≥1.5，2)最大变形值≤0.05cm。
进一步地，所示步骤1a)的具体过程为：
1a1)扫描非金属保护板的燃气流排导面整体烧蚀后形貌，绘制整体烧蚀后燃气流排导面的烧蚀曲线；
1a2)截取排导装置对称中心面的整体烧蚀曲线；
1a3)扫描非金属保护板燃气流排导面的典型烧蚀形貌，记录烧蚀位置、烧蚀形貌；
1a4)以排导装置对称中心面为纵向截面，截取对称中心面的典型烧蚀曲线；
1a5)在典型烧蚀形貌位置处，以垂直于排导装置安装底面并平行于排导装置尾部安装板的面为截面，截取3～5个贯穿于典型烧蚀形貌的横向截面，形成3～5个横向典型烧蚀曲线。
进一步地，所述步骤3a)中聚义过程为：
3a1)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
V＝(m前-m后)÷p
式中：V为非金属保护板烧蚀体积；m前为飞试前非金属保护板质量；m后为飞试后非金属保护板质量；p为非金属保护板材料密度；
t1＝V÷S
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度；V为烧蚀体积；S为非金属保护板烧蚀表体积；
3a2)以排导装置的安装底面为基准，导入飞试前非金属保护板燃气流排导面整体型面曲线，比对飞试前、飞试后整体型面曲线，测量燃气流排导面烧蚀量，测量n次，测量值分别为a1、a2、……、an；其中a1、a2、……、an中包括典型烧蚀型面的最大烧蚀量值；
3a3)计算非金属保护板实测平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t2＝(a1+a2+……+an)÷n
式中：t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度；n为测量次数；
3a4)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t＝(t1+t2)÷2
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度。
进一步地，所述步骤5c)中，若排导装置为第一次飞试，则屈服强度系数k1为0.9；若排导装置为第二次飞试，则屈服强度系数k2为0.8；……依此类推，若排导装置为第五次飞试，则取屈服强度系数k5为0.5；若排导装置为第六次飞试，则取屈服强度系数k6为0.4。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，操作简单、评估准确，可以准确评估飞试后的燃气流排导装置能否继续满足发射要求。
附图说明
图1为燃气流排导装置结构示意图；
图2为图1中横向典型烧蚀型面示意图；
图3为比对示意图。
其中：金属本体1、压紧件2、非金属保护板3、安装底面4、燃气流排导面5、对称中心面6、尾部安装板7、横向截面8、样板9、金属本体与非金属保护板之间安装面10。
具体实施方式
下面结合某型号排导装置一次飞试后的评估对本发明作进一步详细的描述。但该型号排导装置结构不在本发明保护范围内，其飞试后评估方法可应用于其它结构排导装置飞试后的评估，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
如图1所示燃气流排导装置包括非金属保护板3、金属本体1、压紧件2及尾部安装板7。金属本体1下平面为安装在发射台的底平面，简称安装底面4，非金属保护板3的上型面为燃气流排导面5，承受高温、高压燃气流的冲刷。
飞试后的燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法具体如下：
1)清理飞试后排导装置各零件表面附着物、碳化层；
2)检测飞试后排导装置
2a)扫描非金属保护板的燃气流排导面，记录完整、全面的烧蚀曲线
2a1)扫描非金属保护板的燃气流排导面整体烧蚀后形貌，绘制整体烧蚀后燃气流排导面的烧蚀曲线；
2a2)截取排导装置对称中心面6(即纵向截面)的整体烧蚀曲线，如图1所示；
2a3)扫描非金属保护板燃气流排导面的典型烧蚀形貌(目测烧蚀量最大的地方)，记录烧蚀位置、烧蚀形貌；
2a4)以排导装置对称中心面为纵向截面，截取对称中心面的典型烧蚀曲线；
2a5)在典型烧蚀形貌位置处，以垂直于排导装置安装底面并平行于排导装置尾部安装板7的面为截面，如图2所示，截取3～5个贯穿于典型烧蚀形貌的横向截面8，形成3～5个横向典型烧蚀曲线；
2b)对飞试后非金属保护板进行X光检测，记录检测结果；
2c)对飞试后金属本体焊缝进行检测；
3)用样板9检测金属本体与非金属保护板之间安装面10的变形量，如图3所示；
4)计算、比对
4a)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
V＝(m前-m后)÷p
式中：V为非金属保护板烧蚀体积，单位cm3；m前为飞试前非金属保护板质量，单位g；m后为飞试后非金属保护板质量，单位g；p为非金属保护板材料密度，单位g/cm3；
t1＝V÷S
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，单位cm；V为烧蚀体积，单位cm3；S为非金属保护板烧蚀表体积(一般按理论表面积计算)，单位cm2；
4b)以排导装置的安装底面为基准，导入飞试前非金属保护板燃气流排导面整体型面曲线，比对飞试前、飞试后整体型面曲线，测量燃气流排导面烧蚀量，测量n次，测量值分别为a1、a2、……、an，单位cm；其中a1、a2、……、an中必须包括典型烧蚀型面的最大烧蚀量值；
4c)计算非金属保护板实测平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t2＝(a1+a2+……+an)÷n
式中：t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度，单位cm；n为测量次数；
4d)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t＝(t1+t2)÷2
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度；
4e)比对非金属保护板飞试前、飞试后X光检测情况，是否有裂纹；
4f)比对金属本体飞试前、飞试后焊缝检测情况，焊缝是否开裂；
5)根据检测数据复核计算排导装置安全系数
5a)若步骤4e)中非金属保护板全区域内任意位置出现厚度方向(即燃气流排导面至金属本体贴合面)贯穿性裂纹；
5b)若在非金属保护板重载区域(重载区域按排导装置流场分析结果确定)出现超过三条以上非贯穿性裂纹；
5c)若步骤4)中用样板检测排导装置金属本体与非金属保护板安装面变形量≥3.5mm；
5d)若步骤5f)中金属本体出现焊缝开裂；
飞试后的排导装置若出现步骤5a)、步骤5b)、步骤5c)、步骤5d)中任意一种情况时，该排导装置不能满足飞试要求，无需进行步骤6)的评估；
飞试后的排导装置若未出现步骤5a)、步骤5b)、步骤5c)、步骤5d)中的所有情况，则进行步骤6)的评估；
6)评估排导装置是否满足继续飞试要求
6a)根据步骤4d)中计算的非金属保护板平均烧蚀厚度值t修改排导装置安全系数的计算模型中的非金属保护板整体厚度值；
根据步骤4b)中测量的典型烧蚀型面位置及最大烧蚀量值(a1、a2、……、an中的一个值)修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板典型烧蚀型面厚度值；
根据非金属保护板裂纹位置、裂纹数量、裂纹长度值修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板；
6b)根据步骤6a)修改后的计算模型应用ansys软件进行仿真计算最大应力值(用δmax表示)和最大变形值；其中，排导装置安全系数的计算模型载荷及约束条件按原飞试要求不变；
6c)计算排导装置安全系数
安全系数F计算如下：
F＝δs×ki÷δmax
δs为排导装置金属本体材料屈服强度，k为屈服强度系数、i为排导装置试飞次数；
若排导装置为第一次飞试，则屈服强度系数k1为0.9；若排导装置为第二次飞试，则屈服强度系数k2为0.8；……依此类推，若排导装置为第五次飞试，则取屈服强度系数k5为0.5；若排导装置为第六次飞试，则取屈服强度系数k6为0.4；
排导装置满足飞试要求，必须同时满足以下两个条件：1)安全系数F≥1.5，2)最大变形值≤0.05cm。

Claims (4)

1.一种燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，排导装置包括非金属保护板(3)、金属本体(1)、压紧件(2)及尾部安装板(7)，金属本体(1)下平面为安装底面(4)，非金属保护板(3)的上型面为燃气流排导面(5)；其特征在于：所述评估方法为：
1)检测飞试后排导装置
1a)扫描非金属保护板的燃气流排导面，记录燃气流排导面的烧蚀曲线
1b)对飞试后非金属保护板进行X光检测，记录检测结果；
1c)对飞试后金属本体焊缝进行检测；
2)用样板(9)检测金属本体与非金属保护板之间安装面(10)的变形量；
3)计算、比对
3a)计算非金属保护板平均烧蚀厚度t
t＝(t1+t2)÷2
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度；
3b)比对非金属保护板飞试前、飞试后X光检测情况，是否有裂纹；
3c)比对金属本体飞试前、飞试后焊缝检测情况，焊缝是否开裂；
4)根据检测数据复核计算排导装置安全系数
4a)若步骤3b)中非金属保护板全区域内任意位置出现厚度方向贯穿性裂纹；
4b)若在非金属保护板重载区域出现超过三条以上非贯穿性裂纹；
4c)若步骤2)中用样板检测排导装置金属本体与非金属保护板安装面变形量≥3.5mm；
4d)若步骤3c)中金属本体出现焊缝开裂；
飞试后的排导装置若出现步骤4a)、步骤4b)、步骤4c)、步骤4d)中任意一种情况时，该排导装置不能满足飞试要求，无需进行步骤5)的评估；
飞试后的排导装置若未出现步骤4a)、步骤4b)、步骤4c)、步骤4d)中的所有情况，则进行步骤5)的评估；
5)评估排导装置是否满足继续飞试要求
5a)根据步骤3a)中计算的非金属保护板平均烧蚀厚度值t修改排导装置安全系数的计算模型中的非金属保护板整体厚度值；
根据步骤3a)中典型烧蚀型面位置及最大烧蚀量值修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板典型烧蚀型面厚度值；
根据非金属保护板裂纹位置、裂纹数量、裂纹长度值修改排导装置安全系数的计算模型中非金属保护板；
5b)根据步骤5a)修改后的计算模型进行仿真计算最大应力值和最大变形值；其中，排导装置安全系数的计算模型载荷及约束条件按原飞试要求不变；
5c)计算排导装置安全系数
安全系数F计算如下：
F＝δs×ki÷δmax
δs为排导装置金属本体材料屈服强度，k为屈服强度系数、i为排导装置试飞次数；
同时满足以下两个条件排导装置满足飞试要求：
1)安全系数F≥1.5，2)最大变形值≤0.05cm。
2.根据权利要求1所述燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，其特征在于：所示步骤1a)的具体过程为：
1a1)扫描非金属保护板的燃气流排导面整体烧蚀后形貌，绘制整体烧蚀后燃气流排导面的烧蚀曲线；
1a2)截取排导装置对称中心面(6)的整体烧蚀曲线；
1a3)扫描非金属保护板燃气流排导面的典型烧蚀形貌，记录烧蚀位置、烧蚀形貌；
1a4)以排导装置对称中心面为纵向截面，截取对称中心面的典型烧蚀曲线；
1a5)在典型烧蚀形貌位置处，以垂直于排导装置安装底面并平行于排导装置尾部安装板(7)的面为截面，截取多个贯穿于典型烧蚀形貌的横向截面(8)，形成多个横向典型烧蚀曲线。
3.根据权利要求1所述燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，其特征在于：所述步骤3a)中聚义过程为：
3a1)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
V＝(m前-m后)÷p
式中：V为非金属保护板烧蚀体积；m前为飞试前非金属保护板质量；m后为飞试后非金属保护板质量；p为非金属保护板材料密度；
t1＝V÷S
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度；V为烧蚀体积；S为非金属保护板烧蚀表体积；
3a2)以排导装置的安装底面为基准，导入飞试前非金属保护板燃气流排导面整体型面曲线，比对飞试前、飞试后整体型面曲线，测量燃气流排导面烧蚀量，测量n次，测量值分别为a1、a2、……、an；其中a1、a2、……、an中包括典型烧蚀型面的最大烧蚀量值；
3a3)计算非金属保护板实测平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t2＝(a1+a2+……+an)÷n
式中：t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度；n为测量次数；
3a4)计算非金属保护板平均烧蚀厚度，具体计算如下：
t＝(t1+t2)÷2
式中：t1为计算的非金属保护板平均烧蚀厚度，t2为实测非金属保护板平均烧蚀厚度。
4.根据权利要求1所述燃气流排导装置抗冲刷能力评估方法，其特征在于：所述步骤5c)中，若排导装置为第一次飞试，则屈服强度系数k1为0.9；若排导装置为第二次飞试，则屈服强度系数k2为0.8；……依此类推，若排导装置为第五次飞试，则取屈服强度系数k5为0.5；若排导装置为第六次飞试，则取屈服强度系数k6为0.4。
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