联动分离装置结构强度分析及验证

联动分离装置结构强度分析及验证

1. 蒲别华  2. 吴瑞蒙

1. 贵州航天风华精密设备有限公司  2. 93147部队

摘要 本文针对联动分离装置的结构强度，对其进行了静强度分析、运动分析及产品发火试验验证，分析及试验结果表明，联动分离装置产品结构强度设计满足设计要求。

主题词联动分离装置 静强度分析  运动分析  发火试验

1 引言

联动分离装置是某飞行器产品上的重要组成部分。联动分离装置发火前，起连接空气舵操纵机构和燃气舵操纵机构的作用；联动分离装置发火后，起分离空气舵操纵机构和燃气舵操纵机构的作用。因此，联动分离装置产品质量的好坏，决定了飞行器飞行任务的成败。鉴于该产品的重要作用，必须保证该产品在火工品产生的高温高压燃气作用下结构不破坏。否则，该结构破坏导致其它设备不能正常工作，进而影响整个飞行器正常工作。因此，联动分离装置设计必须进行结构强度校核及试验验证。为此，从以下三个方面来进行设计验证。

2 仿真计算分析

2.1  有限元计算模型创建

为更加真实地模拟联动分离装置在受载状态的工作情况，在联动分离装置模型中加入了连杆，连杆的销孔尺寸、深度与产品实物一致，工作状态连杆下端施加竖直向下的拉力F=2000N。将几何模型划分网格后，为联动分离装置法兰及安装孔固支约束，并根据模型根据实际情况在联动分离装置内腔施加最大内压35MPa，得到有限元计算模型如图1所示。模型中，除了螺纹连接简化为粘接外，其余均为摩擦约束。考虑到接触部位表面较为光滑且涂有润滑脂，摩擦系数取f=0.1(经试验测试)。

图1 联动分离装置有限元计算模型

计算时，将连杆视为刚体，其余零件材料的物理性能如表1所示。

表1  联动分离装置主要材料物理性能

2.2  计算结果

2.2.1  静强度计算结果

联动分离装置电发火管点火前，拔销器只受到连杆的2000N拉力作用。在该拉力作用下，剪切销及拔销器最大应力为668.7MPa，位于拔销器孔口，如图2所示。该状态下的最大应力远小于材料屈服强度，不会破坏。此时，剪切销及拔销器最大变形为0.07mm，其中剪切销脖颈处变形为0.037mm，如图2b)所示。

图2 起爆前联动分离装置最大应力

拔销器强度储备=1.96

2.2.2  运动分析强度计算结果

给联动分离装置拔销器内腔施加最大临界爆压35MPa的压力，在剪切销拔出、缩进拔销器内腔的过程中，其最大应力为880.5MPa，远小于材料的抗拉强度，拔销器不会破坏，如图3所示。剪切销缩进内腔后，将会在爆压及惯性作用下撞击保护盖，撞击过程中保护盖最大应力1211MPa，小于材料的抗拉强度，如图3b)所示。

图3 点火后联动分离装置的应力

解约过程持续0.3ms（该时间不包含空腔内压由0增加至35MPa的过渡时间），在解约过程中，拔销器、剪切销及保护盖最大应力均未超过材料的抗拉强度，因此强度满足使用要求，联动分离装置结构不会破坏；圆柱销能按预定设计断裂，满足设计要求。

拔销器强度储备=1.49。

联动分离装置结构强度分析及最大临界爆压运动分析结果表明：联动分离装置工作时，结构不会发生破坏。

3  试验验证

为进一步验证联动分离装置的结构强度，抽取3件产品，按图4（a）所示安装，分别进行联动分离装置常温、高温及低温的试验。试验结果如图4（b）所示，除定位销被剪断、剪切销缩回拔销器内、保护盖受冲击部位有轻微变形外，联动分离装置产品整体完好，满足产品强度设计要求，达到试验验证目的。

图4 联动分离装置试验

4. 结论

联动分离装置结构强度经有限元仿真计算静强度、动强度及产品常温发火试验、高温发火试验、低温发火试验验证，产品结构强度设计均满足设计要求。

参考文献

[1] 宋健朗 杨奋为等  材料手册（金属） 上海航天局第八○七研究所

[2] 许椿荫 等主编. 防空导弹结构与强度.北京：宇航出版社，1993

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