[发明专利]一种输送管载荷分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输送管载荷分析方法，特别是涉及一种适用于输送管的载荷分析技术，属于运载火箭力学环境技术领域。

背景技术

在研火箭推力的提升往往意味着输送管路内径及工作压力均较常规型号增大，最直接的影响是输送管对接口处，如贮箱底、发动机的载荷将按平方关系提升，反之管路也将受到反作用力，因此在贮箱、发动机及管路设计时，载荷已成为关键输入条件，必须根据载荷进行设计校核，否则载荷比较大时，很可能导致贮箱、发动机及管路破坏或者密封失效。

输送管载荷计算时的典型问题是：管路内具有内压载荷及位移载荷时，管路两端所具有的支反力分别是多少？目前为了回答这一问题，需要借助有限元软件进行数值计算，由于管路一般具有波纹管等补偿元件，有限元建模及计算费时费力，因此需要一种简洁有效的分析方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种输送管的载荷分析方法，本方法通过输送管载荷分析，提高了载荷设计分析的效率，进而避免了贮箱、发动机及管路破坏或者密封失效。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于输送管的载荷分析方法，输送管由液氧箱后底，穿过煤油箱后与发动机连接，在煤油箱后底处固定连接；包括步骤如下：

（1）将输送管按照任务剖面划分为不同的工况，所述的工况包括装配工况、气检工况、加注工况、射前增压工况、飞行工况；

（2）根据输送管与贮箱的连接方式将输送管划分为输送管前段和输送管后段；液氧箱后底到煤油箱后底为输送管前段；煤油箱后底到发动机为输送管后段；

（3）对输送管施加步骤（1）中各工况下的内压和补偿位移，并分别计算输送管前段载荷和输送管后段载荷，所述的载荷包括轴向力、径向力和弯矩；

（4）根据步骤（3）中计算得到的各工况下输送管前段和后段载荷计算出各工况下输送管前段和输送管后段对接处载荷。

所述的输送管内部含有波纹管。

所述的轴向力包括输送管前段对氧箱后底法兰轴向力、输送管后段对煤油箱后底法兰轴向力和输送管后段对发动机氧泵端轴向力；所述的径向力包括输送管前段对氧箱后底法兰径向力、输送管后段对煤油箱后底法兰径向力和输送管后段对发动机氧泵端径向力；所述弯矩包括输送管前段对氧箱后底法兰弯矩、输送管后段对煤油箱后底法兰弯矩和输送管后段对发动机氧泵端弯矩。

所述步骤（3）中输送管前段载荷计算包括如下步骤：

（a）输送管前段对氧箱后底法兰轴向力F_xq满足：

F_xq=F_1q-F_2q

其中，F_1q输送管前段波纹管受内压所产生的轴向推力

F_2q为输送管前段波纹管补偿轴向位移所产生的轴向力F_2q=K_xqΔ_xq；

D_mq为输送管前段波纹管平均外径；

d_q为输送管前段波纹管内径；

P_q为输送管前段波纹管最大工作压力；

K_xq为输送管前段波纹管轴向刚度；

Δ_xq为输送管前段轴向补偿量；

（b）输送管前段对氧箱后底法兰径向力F_yq满足：

F_yq=K_yqΔ_yq

其中：K_yq为输送管前段波纹管径向刚度；

Δ_yq为输送管前段径向补偿量；

（c）输送管前段对氧箱后底法兰弯矩M_q满足：

M_q=F_yqL_q

其中，L_q为输送管前段波纹管中点到氧箱后底法兰距离。

所述步骤（3）中输送管后段载荷计算包括如下步骤：

（a）输送管后段对煤油箱后底法兰轴向力F_xh满足：

F_xh=(F_1h-F_2h)

其中：F_1h为输送管后段波纹管受内压所产生的轴向推力