【摘 要】
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固体火箭发动机绝热层是介于发动机壳体与固体推进剂之间的一层隔热、耐烧蚀材料,主要作用是保证发动机壳体在高温高压燃气作用下正常工作。相较于传统的手工贴片法,缠绕成型工艺劳动强度低、成型效率高、成型质量稳定,是一种更为先进的绝热层成型工艺。缠绕成型过程中,压辊按照预先规划的轨迹将胶带缠绕在芯模表面,缠绕轨迹可行与否直接影响绝热层的成型质量,因此缠绕轨迹规划是缠绕成型工艺中的关键技术。本文针对变曲率芯模
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固体火箭发动机绝热层是介于发动机壳体与固体推进剂之间的一层隔热、耐烧蚀材料,主要作用是保证发动机壳体在高温高压燃气作用下正常工作。相较于传统的手工贴片法,缠绕成型工艺劳动强度低、成型效率高、成型质量稳定,是一种更为先进的绝热层成型工艺。缠绕成型过程中,压辊按照预先规划的轨迹将胶带缠绕在芯模表面,缠绕轨迹可行与否直接影响绝热层的成型质量,因此缠绕轨迹规划是缠绕成型工艺中的关键技术。本文针对变曲率芯模绝热层缠绕成型轨迹规划展开研究,主要研究内容如下:（1）根据固体火箭发动机变曲率芯模外形特点及绝热层缠绕成型要求,设计了绝热层缠绕成型工艺方案及自动化缠绕设备方案;（2）研究了变曲率芯模表面的测地线缠绕方法,分析了该方法在变曲率回转面上难以保证带隙恒定的原因,根据绝热层缠绕成型特点,研究了变曲率芯模缠绕角计算方法和基于测地线的带隙自适应控制方法,控制缠绕方向以保证缠绕轨迹满足带隙要求;（3）研究了绝热层与椭圆凹面压辊接触区域应力分布规律,基于Winkler模型提出了缠绕压力控制方法,满足粘接质量要求;（4）分析了绝热层缠绕胶带撕裂、褶皱形成原因,建立了胶带撕裂、褶皱判定条件。基于以上研究,实现了适用于变曲率芯模的缠绕成型轨迹规划;（5）研究了绝热层缠绕成型仿真技术。提出了基于三角网格法的绝热层、胶带建模方法,建立了缠绕过程中压辊、芯模的运动学模型,通过布尔运算实现压辊、芯模间碰撞检测,基于ACIS、Open Inventor实现缠绕成型仿真,验证缠绕轨迹的可行性;本文最后开发了绝热层缠绕成型轨迹规划与仿真系统,针对固体火箭发动机绝热层缠绕成型要求,完成了多个型号变曲率芯模的绝热层缠绕成型轨迹规划,通过缠绕仿真验证了缠绕轨迹的可行性,并基于逆运动学生成缠绕设备各轴驱动数据。结果表明按照本文方法获得的缠绕轨迹能满足绝热层成型质量要求。
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