CN117367808B - 一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，目的是解决药理不清或性能不稳定的推进剂在发动机静止试验阶段主动防护不足的问题。本发明由内层防护管、外层防护管、支撑管、一级吸能管、二级吸能管、摩擦片组成，一级吸能管与摩擦片圆周阵列在内层防护管与外层防护管之间；二级吸能管与摩擦片圆周阵列在支撑管与一级吸能管之间。根据发动机管状意外爆炸产生的冲击波、破片、射流和火球等载荷特点，本发明基于整体防护结构力学稳定性，综合利用管状结构径向塑性变形和摩擦等不可逆能量耗散机制进行吸能，本发明结构设计简单、无需连接工序、防护可靠性高、经济成本低，可有效增强固体推进剂发动机静止试验中意外爆炸防护能力。
Description
技术领域
本发明涉及推进剂性能测试安全领域，特别涉及固体推进剂发动机静止试验过程中，通过管构件径向塑性变形和摩擦作用吸能的免焊接主动防护结构。
背景技术
发动机静止试验是推进剂研制过程中不可缺少的环节，可以获得推进剂装药静止内弹道性能和推力、比冲特性。但是，随着各类推进剂材料种类日渐丰富，开展药理不清或性能不稳定的推进剂发动机静止试验时可能会发生爆炸事故，这给人员及装备带来较大安全隐患。因此，在推进剂开展发动机地面静止试验中，设计新型主动防护结构用于提升推进剂性能测试安全性至关重要。
与常规火药点爆炸不同，当推进剂性能测试过程中发生意外爆炸时，由于标准试验发动机或模拟发动机(概念引自《GJB 96A-2001标准试验发动机型式和尺寸》)的管状结构设计，爆炸载荷往往呈现管状分布的特点，在载荷形式上主要有冲击波、发动机外壳破损产生的破片、高温射流和火球等。关于固体推进剂测试安全防护，《GJB 770B-2005发动机静止试验法》要求“试验台应具有足够的强度余量，当发动机处于紧急危险情况时，能保证试验人员和周围建筑安全可靠”，这种通过提高试验台材料强度余量的防护举措，会较大程度增加试验成本。此外，意外爆炸载荷对试验台局部的损伤不可避免，这会影响后续测试精度，甚至导致后续测试被迫推迟或中止。目前已公开的发动机试验架，如公开号CN102393304A的滑筒式中心架、CN106596108A的斜喷管发动机试验机、CN105319072A的多型号兼容式高精度试验台、CN115290338A的振动环境下发动机试验装置，只考虑了试验架的自身强度设计防护需求，未考虑在推进剂发动机静止试验平台上添加合适的主动防护结构以增强试验安全性能。
因此，从实际情况出发，结合新型推进剂性能测试的安全防护需求，研发适合标准试验发动机或模拟发动机静止试验的可便捷装配主动防护结构，是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对药理不清或性能不稳定的推进剂在发动机静止试验阶段主动防护不足的问题，提供一种可在无焊接、螺接、胶粘等连接工序条件下便捷装配在发动机静止试验台上的主动防护装置。本发明利用管状结构径向塑性变形和摩擦等能量耗散机制，实现推进剂发动机静止试验中意外爆炸主动防护；具有结构设计简单、无需连接工序、防护可靠性高、经济成本低等特点。
本发明用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构整体呈圆柱形，由内层防护管、外层防护管、N根支撑管、N根一级吸能管、(N×M)根二级吸能管、摩擦片组组成，摩擦片组由N块外层摩擦片和(N×M)块内层摩擦片组成，其中N为一级吸能管沿AB轴圆周阵列最大排布数，M为二级吸能管沿单个支撑管中心轴圆周阵列最大排布数。内层防护管、一级吸能管、外层摩擦片、外层防护管的组合体称为一级防护结构；支撑管、二级吸能管、内层摩擦片和一级吸能管的组合体称为二级防护结构。一级防护结构与二级防护结构整体形状具有自相似特性。
内层防护管与外层防护管由内向外同轴装配，N根一级吸能管按照圆周阵列排布方式放置在内层防护管与外层防护管之间，相邻一级吸能管之间紧密填充外层摩擦片，N根支撑管分别同轴嵌套在N根一级吸能管内，在支撑管和一级吸能管之间的环形区域放置M根二级吸能管，M根二级吸能管呈圆周阵列包裹1根支撑管，二级吸能管共有N×M根，相邻二级吸能管之间紧密填充内层摩擦片。所有部件在A端和B端平齐，整个装配过程无焊接、螺接、胶粘等连接工序。
内层防护管为圆筒形，内径d12等于《GJB 96A-2001标准试验发动机型式和尺寸》所定义的标准发动机最大外径尺寸，可设置为75mm,118mm，165mm或315mm，或等于缩比模拟发动机的最大外径尺寸，外径d11满足：(d12+8)mm≤d11≤(d12+16)mm。内层防护管采用不锈钢合金材料制备，材料屈服强度σ1≥500MPa，塑形失效应变ε1≥0.3，密度ρ1≥7000kg/cm3；试验发动机沿中心轴AB完全置于内层防护管中，内层防护管外表面与沿AB轴圆周阵列排列的N根一级吸能管靠近中心轴AB的外表面相切配合。内层防护管内表面为意外爆炸载荷的承载面，在爆炸载荷和一级吸能管约束作用下，通过整体扩径和局部塑性变形实现吸能。
外层防护管为圆筒形，内径d22满足：2d11≤d22≤4d11，外径d21满足：(d22+8)mm≤d21≤(d22+16)mm。外层防护管采用不锈钢合金材料制备，材料屈服强度σ2≥500MPa，塑形失效应变ε2≥0.3，密度ρ2≥7000kg/cm3；外层防护管内表面与一级吸能管远离中心轴AB的外表面相切配合。当固体推进剂发动机静止试验发生意外爆炸时，外层防护管一般不发生局部塑性变形；当意外爆炸载荷超量程时，外层防护管发生局部塑性变形，起到超量程载荷应急防护吸能。
支撑管为圆筒形，外径d31满足：d31＝γd11,内径d32满足：(d31-16γ)mm≤d32≤(d31-8γ)mm，其中γ为自相似因子，满足关系式γ＝(d11+d12)/(d21+d22)。支撑管采用铝合金制备，材料屈服强度σ3满足100MPa≤σ3≤300MPa，塑形失效应变ε3≥0.4，密度ρ3≥2000kg/cm3；N根支撑管沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，每根支撑管包裹在呈圆周阵列分布的二级吸能管内，支撑管外表面与包裹支撑管的二级吸能管靠近支撑管中心轴一侧的外表面相切配合。当未发生意外爆炸时，支撑管对整体结构起到支撑作用；当发生意外爆炸时，支撑管发生径向塑性变形。
一级吸能管为圆筒形，外径d41满足：d41＝(d22-d11)/2,内径d42满足关系式：(d41-16γ)mm≤d42≤(d41-8γ)mm。一级吸能管用铝合金材料制成，外表面作磨砂工艺处理以增大摩擦力，材料屈服强度σ4满足100MPa≤σ4≤300MPa，塑形失效应变ε4≥0.4，密度ρ4≥2000kg/cm3；N根一级吸能管沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，外表面与内层防护管外表面、外层防护管内表面、外层摩擦片均相切配合，内表面与二级吸能管外表面相切配合，其中其中/>表示对2π(d11+0.5d41)/d41下取整，N根一级吸能管由内向外依次传递意外爆炸载荷，内层防护管挤压与外层防护管支撑约束作用发生径向塑性变形吸能，相邻一级吸能管外表面与外层摩擦片滑动挤压发生摩擦吸能。二级吸能管为圆筒形，外径d51满足：d51＝(d42-d31)/2,内径d52满足关系式：(d51-12γ)mm≤d52≤(d51-4γ)mm。二级吸能管采用铝合金材料制成，外表面作磨砂工艺处理以增大摩擦力，材料屈服强度σ5满足100MPa≤σ5≤300MPa，塑形失效应变ε5≥0.4，密度ρ5≥2000kg/cm3；M根二级吸能管沿单个一级吸能管的对称轴呈圆周阵列均匀排布，其中/>二级吸能管外表面与一级吸能管内表面、支撑管外表面、内层摩擦片均相切配合；二级吸能管在一级吸能管挤压和支撑管约束作用下发生塑性变形。
摩擦片组由N块外层摩擦片和(N×M)块内层摩擦片组成，采用复合树脂材料制成，材料摩擦系数μ6≥0.35，磨损率τ6≤1.3×10-3。外层摩擦片为长方形面板，厚度t61满足：t61＝2π(d11+0.5d41)/N-d41，优选微调t61值使外层摩擦片与一级吸能管相切，外层摩擦片的宽度w61＝d42，外层摩擦片沿AB轴圆周阵列均匀排布；内层摩擦片厚度t62满足关系式：t62＝2π(d31+0.5d51)/M-d51,优选微调t62值，使内层摩擦片与二级吸能管相切，内层摩擦片的宽度w62＝d52，内层摩擦片沿单个一级吸能管的中心轴圆周阵列均匀排布。当发生意外爆炸时，外层摩擦片与一级吸能管、内层摩擦片与二级吸能管分别发生滑动摩擦实现防护吸能。
当发生固体推进剂发动机静止试验意外爆炸时，本发明应用于主动防护过程如下：当水平或垂直放置的发动机发生意外爆炸时，爆炸载荷呈现管状分布，圆筒形的内层防护管内表面能够同时承载所有载荷，内层防护管发生整体径向扩径和局部塑性变形吸能，内层防护管向外的整体扩径变形同时会挤压一级吸能管靠近爆炸载荷一侧的区域，引起一级吸能管向内塑性凹陷，同时圆周阵列的一级吸能管与外层摩擦片发生相对滑动摩擦吸能，上述为一级防护结构的主动防护过程；类似地，一级吸能管向内凹陷会压缩二级吸能管，二级吸能管在靠近爆炸载荷一次的区域发生塑性凹陷，支撑管在径向继续被压缩径向变形，同时圆周阵列的二级吸能管与内层摩擦片发生相对滑动摩擦吸能，从而完成二级防护结构主动防护过程。当爆炸载荷超量程时，外层防护管在管内结构的压缩下发生局部塑性变形，实现主动防护过程的应急吸能，最大限度保护试验台架和人员安全。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.本发明针对药理不清或性能不稳定的推进剂在发动机静止试验阶段主动防护不足的问题，根据固体推进剂发动机意外爆炸载荷的特点，设计圆管状主动防护结构，利用管状结构的结构强度，可实现整体防护装置的快速便捷装配，整个装配过程无焊接、螺接、胶粘等连接工序。
2.本发明综合利用管状结构径向塑性变形和摩擦等能量耗散机制，当试验发动机外围仅装配一级防护结构时，当预估意外爆炸载荷下外层防护管不会发生局部塑性变形时，可不装配二级防护结构，从而实现发动机静止试验快捷主动防护。
3.本发明具有结构设计简单、无需连接工序、防护可靠性高、经济成本低等特点。
附图说明
图1是本发明总体结构装配图；
图2为图1中沿O-O方向剖视图，其中图2(a)为总体结构剖视图，图2(b)为二级防护结构局部放大图。
附图标记说明：
1.内层防护管，2.外层防护管，3.支撑管，4.一级吸能管，5.二级吸能管，6.摩擦片组，61.外层摩擦片，62.内层摩擦片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明用于推进剂发动机静止试验的免焊接自相似防护结构整体呈圆柱形，由内层防护管1、外层防护管2、N根支撑管3、N根一级吸能管4、N×M根二级吸能管5、摩擦片组6组成，摩擦片组6由N块外层摩擦片61和N×M块内层摩擦片62组成，其中N为一级吸能管4沿AB轴圆周阵列最大排布数，M为二级吸能管5沿单个支撑管3的中心轴圆周阵列最大排布数。本发明整体长度为h，h值优选等于1.0～1.5倍试验发动机长度，内层防护管1的中心轴记为AB。
如图2(a)所示，内层防护管1与外层防护管2由内向外同轴装配，N根一级吸能管4按照圆周阵列排布方式放置在内层防护管1与外层防护管2之间，相邻一级吸能管4之间紧密填充外层摩擦片61；如图2(b)所示，N根支撑管3分别同轴嵌套在N根一级吸能管4内，在支撑管3和一级吸能管4之间的环形区域放置M根二级吸能管5，M根二级吸能管5呈圆周阵列包裹1根支撑管3，二级吸能管5共有N×M根，相邻二级吸能管5之间紧密填充内层摩擦片62。所有部件在A端和B端平齐，整个装配过程无焊接、螺接、胶粘等连接工序。
如图2(a)所示，内层防护管1为圆筒形，内径d12等于《GJB 96A-2001标准试验发动机型式和尺寸》所定义的标准发动机最大外径尺寸，可设置为75mm，118mm，165mm或315mm，或等于缩比模拟发动机的最大外径尺寸，外径d11满足：(d12+8)mm≤d11≤(d12+16)mm。内层防护管1采用不锈钢合金材料制备，材料屈服强度σ1≥500MPa，塑形失效应变ε1≥0.3，密度ρ1≥7000kg/cm3；试验发动机沿中心轴AB完全置于内层防护管1中，内层防护管1外表面与沿AB轴圆周阵列排列的N根一级吸能管4靠近中心轴AB的外表面相切配合。内层防护管1内表面为意外爆炸载荷的承载面，在爆炸载荷和一级吸能管5约束作用下，通过整体扩径和局部塑性变形实现主动防护。
外层防护管2为圆筒形，内径d22满足：2d11≤d22≤4d11，外径d21满足：(d22+8)mm≤d21≤(d22+16)mm。外层防护管2采用不锈钢合金材料制备，材料屈服强度σ2≥500MPa，塑形失效应变ε2≥0.3，密度ρ2≥7000kg/cm3；外层防护管2内表面与一级吸能管4远离中心轴AB的外表面相切配合。当固体推进剂发动机静止试验发生意外爆炸时，外层防护管2一般不发生局部塑性变形；当意外爆炸载荷超量程时，外层防护管2发生局部变形，起到超量程载荷应急防护吸能。
如图2(b)所示，支撑管3为圆筒形，内径d32满足：d32＝γd12,外径d31满足：d31＝d32+γ(d11-d12)mm，其中γ为自相似因子，满足关系式γ＝(d22-d11)/(2d21)。支撑管3采用铝合金制备，材料屈服强度σ3满足100MPa≤σ3≤300MPa，塑形失效应变ε3≥0.4，密度ρ3≥2000kg/cm3；N根支撑管3沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，每根支撑管3包裹在M根二级吸能管5组成的圆周阵列内，支撑管3外表面与包裹支撑管3的二级吸能管5靠近支撑管3中心轴一侧的外表面相切配合。当未发生意外爆炸时，支撑管3对整体结构主要起到支撑作用；当发生意外爆炸时，支撑管3发生径向塑性变形。
一级吸能管4为圆筒形，外径d41满足：d41＝(d22-d11)/2,内径d42满足关系式：d42＝d41-γ(d11-d12)。一级吸能管4用铝合金材料制成，外表面作磨砂工艺处理以增大摩擦力，材料屈服强度σ4满足100MPa≤σ4≤300MPa，塑形失效应变ε4≥0.4，密度ρ4≥2000kg/cm3；N根一级吸能管4沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，外表面与内层防护管1外表面、外层防护管2内表面、外层摩擦片61均相切配合，内表面与二级吸能管5外表面相切配合，其中，/>表示对2π(0.5d11+0.5d41)/d41下取整，N根一级吸能管4由内向外依次传递意外爆炸载荷，内层防护管1挤压与外层防护管2支撑约束作用发生径向塑性变形吸能，相邻一级吸能管4外表面与外层摩擦片61滑动挤压发生摩擦吸能。
二级吸能管5为圆筒形，外径d51满足：d51＝(d42-d31)/2,内径d52满足关系式：d52＝d51-γ(d11-d12)。二级吸能管5采用铝合金材料制成，外表面作磨砂工艺处理以增大摩擦力，材料屈服强度σ5满足100MPa≤σ5≤300MPa，塑形失效应变ε5≥0.4，密度ρ5≥2000kg/cm3；M根二级吸能管5沿单个一级吸能管4的对称轴呈圆周阵列均匀排布，其中二级吸能管5外表面与一级吸能管4内表面、支撑管3外表面、内层摩擦片62均相切配合；二级吸能管5在一级吸能管4挤压和支撑管3约束作用下发生塑性变形。
摩擦片组6由N块外层摩擦片61和N×M块内层摩擦片62组成，采用复合树脂材料制成，材料摩擦系数μ6≥0.35，磨损率τ6≤1.3×10-3。外层摩擦片61为长方形面板，厚度t61满足：2π(0.5d11+0.5d41)/N-1.1d41≤t61≤2π(0.5d11+0.5d41)/N-0.9d41，微调t61值使外层摩擦片61与一级吸能管4相切，外层摩擦片61的宽度w61＝d42，外层摩擦片61沿AB轴圆周阵列均匀排布；内层摩擦片62厚度t62满足关系式：2π(0.5d31+0.5d51)/M-1.1d51≤t62≤2π(0.5d31+0.5d51)/M-0.9d51,微调t62值，使内层摩擦片62与二级吸能管5相切，内层摩擦片62的宽度w62＝d52，内层摩擦片62沿单个一级吸能管4的中心轴按圆周阵列均匀排布。当发生意外爆炸时，外层摩擦片61与一级吸能管4、内层摩擦片62与二级吸能管5分别发生滑动摩擦实现防护吸能。
本发明的一种实施例的主要参数如下：d12＝75mm，d11＝83mm，d22＝241mm，d21＝249mm，γ＝0.317，d32＝23.77mm，d31＝26.31mm，d41＝79mm，d42＝76.46mm，d51＝25.08mm，d52＝22.54mm，N＝6，M＝6，w61＝76.46mm，t61＝0.62mm，w62＝22.54mm，t62＝1.95mm，h＝500mm；内层防护管1和外层防护管2均采用不锈钢材质，密度为7850kg/m3,屈服强度为550MPa,失效应变为0.3；支撑管3、一级吸能管4和二级吸能管5均采用1060铝合金，密度为2680kg/m3，屈服强度110MPa,失效应变为0.4；摩擦片6采用复合树脂，摩擦系数为0.35，磨损率1.3×10-3。
根据上述实施例参数，选用发动机为立式75mm标准发动机，在发动机地面静止试验之前，首先将内层防护管1同轴套在标准发动机外围，外层防护管2与内层防护管1同轴装配，在内层防护管1和外层防护管2之间区域将一级吸能管4和外层摩擦片61交替插入，之后在一级吸能管4中同轴插入支撑管3，并在一级吸能管4与支撑管3之间区域将二级吸能管5和内层摩擦片62交替插入，所有部件在A端和B端平齐，整个装配过程无焊接、螺接、胶粘等连接工序。
当发动机发生意外爆炸时，主要载荷类型有：冲击波、发动机外壳破损产生的破片、高温射流和火球。根据上述参数开展有限元数值计算，结果显示，内层防护管1内表面是所有载荷的承载面，内层防护管1主要通过扩径和局部塑性变形吸能，二级防护结构能够阻拦所有破片，一级吸能管4通过和二级吸能管5通过内凹陷塑性变形方式吸能，支撑管3在径向被压缩产生塑性变形，一级吸能管4与外层摩擦片61、二级吸能管5与内层摩擦片62相对滑动实现摩擦吸能，装置防护量程当量为1kgTNT级，实现发动机静止试验主动防护吸能。
Claims (11)
1.一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构整体呈圆柱形，由内层防护管(1)、外层防护管(2)、N根支撑管(3)、N根一级吸能管(4)、N×M根二级吸能管(5)、摩擦片组(6)组成；摩擦片组(6)由N块外层摩擦片(61)和N×M块内层摩擦片(62)组成，其中N为一级吸能管(4)沿AB轴圆周阵列最大排布数，M为二级吸能管(5)沿单个支撑管(3)的中心轴圆周阵列最大排布数；内层防护管(1)的中心轴记为AB；
内层防护管(1)与外层防护管(2)由内向外同轴装配，N根一级吸能管(4)按照圆周阵列排布方式放置在内层防护管(1)与外层防护管(2)之间，相邻一级吸能管(4)之间紧密填充外层摩擦片(61)，N根支撑管(3)分别同轴嵌套在N根一级吸能管(4)内，在支撑管(3)和一级吸能管(4)之间的环形区域放置M根二级吸能管(5)，M根二级吸能管(5)呈圆周阵列包裹1根支撑管(3)，二级吸能管(5)共有N×M根，相邻二级吸能管(5)之间紧密填充内层摩擦片(62)；内层防护管(1)、外层防护管(2)、支撑管(3)、一级吸能管(4)、二级吸能管(5)、摩擦片组(6)在A端和B端平齐；
内层防护管(1)为圆筒形，外径为d11，内径d12等于标准发动机最大外径尺寸；内层防护管(1)采用不锈钢合金材料制备，试验发动机沿中心轴AB置于内层防护管(1)中，内层防护管(1)外表面与沿AB轴圆周阵列排列的N根一级吸能管(4)靠近中心轴AB的外表面相切配合；内层防护管(1)内表面为意外爆炸载荷的承载面，在爆炸载荷和一级吸能管(4)约束作用下，通过整体扩径和局部塑性变形的共同作用实现吸能；
外层防护管(2)为圆筒形，外径为d21，内径为d22；外层防护管(2)采用不锈钢合金材料制备；外层防护管(2)内表面与一级吸能管(4)远离中心轴AB的外表面相切配合；当固体推进剂发动机静止试验发生意外爆炸时，外层防护管(2)在一级吸能管(4)的挤压下发生局部塑性变形，实现超量程载荷应急防护吸能；
支撑管(3)为圆筒形，外径为d31,内径为d32；支撑管(3)采用铝合金制备；N根支撑管(3)沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，每根支撑管(3)包裹在M根二级吸能管(5)组成的圆周阵列内，支撑管(3)外表面与包裹支撑管(3)的二级吸能管(5)靠近支撑管(3)中心轴一侧的外表面相切配合；当未发生意外爆炸时，支撑管(3)对整体结构起支撑作用；当发生意外爆炸时，支撑管(3)发生径向塑性变形；
一级吸能管(4)为圆筒形，外径为d41,内径为d42；一级吸能管(4)采用铝合金材料制成；N根一级吸能管(4)沿中心轴AB圆周阵列均匀排布，外表面与内层防护管(1)外表面、外层防护管(2)内表面、外层摩擦片(61)均相切配合，内表面与二级吸能管(5)外表面相切配合，N根一级吸能管(4)由内向外依次传递意外爆炸载荷，内层防护管(1)挤压与外层防护管(2)支撑约束作用发生径向塑性变形吸能，相邻一级吸能管(4)外表面与外层摩擦片(61)滑动挤压发生摩擦吸能；
二级吸能管(5)为圆筒形，外径为d51,内径为d52；二级吸能管(5)采用铝合金材料制成，M根二级吸能管(5)沿单个一级吸能管(4)的对称轴呈圆周阵列均匀排布，二级吸能管(5)外表面与一级吸能管(4)内表面、支撑管(3)外表面、内层摩擦片(62)均相切配合；二级吸能管(5)在一级吸能管(4)挤压和支撑管(3)约束作用下发生塑性变形；
摩擦片组(6)由N块外层摩擦片(61)和N×M块内层摩擦片(62)组成，采用复合树脂材料制成；外层摩擦片(61)为长方形面板，厚度为t61，外层摩擦片(61)与一级吸能管(4)相切，外层摩擦片(61)的宽度w61＝d42，外层摩擦片(61)沿AB轴圆周阵列均匀排布；内层摩擦片(62)厚度为t62,内层摩擦片(62)与二级吸能管(5)相切，内层摩擦片(62)的宽度w62＝d52，内层摩擦片(62)沿单个一级吸能管(4)的中心轴按圆周阵列均匀排布；当发生意外爆炸时，外层摩擦片(61)与一级吸能管(4)、内层摩擦片(62)与二级吸能管(5)分别发生滑动摩擦实现应急吸能。
2.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述内层防护管(1)、一级吸能管(4)、外层摩擦片(61)、外层防护管(2)的组合体称为一级防护结构；所述支撑管(3)、二级吸能管(5)、内层摩擦片(62)和一级吸能管(4)的组合体称为二级防护结构；当预估试验发动机在意外爆炸载荷下外层防护管(2)不会发生局部塑性变形时，在试验发动机外围装配一级防护结构，不装配二级防护结构。
3.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构整体长度h值等于1.0～1.5倍试验发动机长度。
4.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述内层防护管(1)的内径d12设置为75mm,118mm，165mm或315mm，或等于缩比模拟发动机的最大外径尺寸，外径d11满足：(d12+8)mm≤d11≤(d12+16)mm。
5.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述外层防护管(2)的内径d22满足：2d11≤d22≤4d11，外径d21满足：(d22+8)mm≤d21≤(d22+16)mm。
6.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述支撑管(3)的内径d32满足：d32＝γd12,外径d31满足：d31＝d32+γ(d11-d12)，其中γ为自相似因子，满足关系式γ＝(d22-d11)/(2d21)。
7.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述一级吸能管(4)的外径d41满足：d41＝(d22-d11)/2,内径d42满足关系式：d42＝d41-γ(d11-d12)，其中γ为自相似因子，满足关系式γ＝(d22-d11)/(2d21)；一级吸能管(4)的根数其中，/>表示对2π(0.5d11+0.5d41)/d41下取整。
8.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述二级吸能管(5)的外径d51满足：d51＝(d42-d31)/2,内径d52满足关系式：d52＝d51-γ(d11-d12)，其中γ为自相似因子，满足关系式γ＝(d22-d11)/(2d21)；二级吸能管(5)的根数
9.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述一级吸能管(4)和二级吸能管(5)的外表面作磨砂工艺处理。
10.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述外层摩擦片(61)的厚度t61满足：2π(0.5d11+0.5d41)/N-1.1d41≤t61≤2π(0.5d11+0.5d41)/N-0.9d41，微调t61值使外层摩擦片(61)与一级吸能管(4)相切，内层摩擦片(62)厚度t62满足关系式：2π(0.5d31+0.5d51)/M-1.1d51≤t62≤2π(0.5d31+0.5d51)/M-0.9d51,微调t62值使内层摩擦片(62)与二级吸能管(5)相切，内层摩擦片(62)的宽度w62＝d52。
11.如权利要求1所述的一种用于发动机静止试验的免焊接自相似防护结构，其特征在于所述内层防护管(1)采用的不锈钢合金材料要求屈服强度σ1≥500MPa，塑形失效应变ε1≥0.3，密度ρ1≥7000kg/cm3；所述外层防护管(2)采用的不锈钢合金材料要求屈服强度σ2≥500MPa，塑形失效应变ε2≥0.3，密度ρ2≥7000kg/cm3；所述支撑管(3)采用的铝合金材料要求屈服强度σ3满足100MPa≤σ3≤300MPa，塑形失效应变ε3≥0.4，密度ρ3≥2000kg/cm3；所述一级吸能管(4)采用的铝合金材料要求屈服强度σ4满足100MPa≤σ4≤300MPa，塑形失效应变ε4≥0.4，密度ρ4≥2000kg/cm3；所述二级吸能管(5)采用的铝合金材料要求屈服强度σ5满足100MPa≤σ5≤300MPa，塑形失效应变ε5≥0.4，密度ρ5≥2000kg/cm3；所述摩擦片组(6)采用的复合树脂材料要求摩擦系数μ6≥0.35，磨损率τ6≤1.3×10-3。
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