新型组合试验件复合静力试验方法

工作，并解决了多系统工作的时序控制难题，推动了静力结构试验的系统化、集成化，在很大程度上缩短了试验周期，降低了试验成本。

关键词：组合试验件；水压联合；协同试验；内压加载

中图分类号：V435+.22 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.018

文章编号：2095-6835（2016）20-0018-02

在研制火箭发动机的过程中，为了判断发动机结构的实际工作性能，估计发动机结构的承载能力，确定发动机结构对使用要求的符合程度，验证发动机结构形式的合理性和结构计算方法的正确性，必须用一系列试验的方法模拟载荷和边界条件，观察和研究火箭发动机结构在静载荷作用下的强度、刚度、稳定性、应力和变形分布情况。而应用于火箭发动机的结构静力试验主要包括轴拉试验、轴压试验、扭转试验、弯剪联合试验、外压试验和内压试验等。

在载荷和边界条件模拟方面，单一试验件单项静力载荷试验有天然的缺陷，其在使用经典力学计算试验载荷时，一般会采用多种简化和假设、尽量减少未知量的方法。这种方法很难满足载荷和边界条件与真实飞行情况基本一致的试验要求。为了提高火箭发动机结构静力试验载荷和边界条件模拟的真实性，提高火箭发动机的结构静力试验的集成化和系统化，本文提出了一种采用组合试验件复合静力载荷试验方法。火箭发动机在进行结构静力试验时，可同时调取其他弹体部件，比如舱段、尾翼等组成组合试验件进行联合试验。试验载荷可复合多类型试验载荷，比如外载荷、内压和外压等，试验效率和试验指导性均有很大的提高。

1 试验系统和原理

1.1 试验系统

并行式试验加载系统主要包括多通道协调加载系统，内、外压加载系统，各子系统彼此独立，试验时并行控制。

1.1.1 多通道协调加载系统

多通道协调加载系统是一套由计算机控制的多缸电液比例伺服系统。计算机通过控制电路启动液压系统电机向系统加压，通过阀体控制每个通道上的作动筒动作，施加载荷至试件上。每个通道的加载状态由力传感器测量，并反馈给计算机，以实现系统的闭环控制。

1.1.2 内、外压加载系统

在结构静力试验中，在无特殊要求的一般性内、外压试验中，均以水为加载介质，其他介质有油、气等。由于要求的工作压力和流量差别比较大，对水压加载设备的要求也不同，所以，水压加载系统一般由加压水泵、操作台和排水泵组成。

1.2 试验原理和方法

组合试验件复合静力载荷试验采用的是一种新型的复合型试验思路，将原有结构静力试验采用的以单个试验件单项静力载荷试验为基本试验单元的试验方法扩展至以组合试验件复合载荷试验为基本试验单元进行试验。试验时，将原有分离的单独试验件按总装要求组装成试验组件，并按加载时序要求并行施加复合载荷。复合载荷可由外载荷、内外压载荷组合，复合载荷由单独试验加载子系统并行控制。

试验时，固定工装为试验组件提供可靠的承力基础和加载空间，试验组件各组成件分别由水压系统控制加载内外压载荷，由多通道协调加载系统控制经边界模拟工装控制加载外载荷。2个加载系统同时加载，同时到达目标载荷。试验数据由多参量数据采集系统统一采集并记录、分析。

2 组合试验件复合静力试验方法

2.1 试验装配

壳体前接头与前堵盖装配，后接头与后堵盖装配，在过渡段内安装发动机壳体，在既定位置安装过渡段固定工装，并在固定工装上安装过渡段和装配体，用于连接注水管和各类传感器。同时，还要安装轴压试验工装和消除自重工装，连接液压系统并调试。试验装配如图1所示。

2.2 试验测试

在发动机和过渡架上布置应变，本文采用20个单向应变分析产品受载状态。具体的应变片原理是，受载时内部电阻丝产生不同电阻，通过变化来测试应变值的变化。

2.3 试验加载

在壳体小端进水并打压，在壳体大端加载轴向载荷，按照载荷要求加载。

2.4 试验结果和分析

在整个试验过程中，联合试验的试验件没有出现异常现象，也没有发出声响。试验结束后，卸载检查试验件外观无异常，试验结果如表1所示，试验应变趋势如图2所示。

从表1所示的应变数据中可以看出，随着载荷的增大，应变数据也相应增大，但是，最大应变未超过3 000 με，理论上复合材料20 000 με破坏，所以，发动机整体性能稳定，加载均匀性比较好。

3 结论

目前，该试验方法在试验室内的应用尚属于初步应用阶段，仅限于两件产品组合和2种载荷复合，未来可向多件产品组合

和多种载荷复合的方向发展，发展的动力和需求旺盛。综上所述，本文提出的新型组合试验件复合静力载荷试验方法具有很好的应用前景。在日后的工作中，要主要注意以下几点：①现今，传统单向试验无法满足日益进步的考核要求，需加大对复合载荷的投入和研究；②复合载荷更加贴近产品实际受载情况，其结果具有重要的参考意义；③复合载荷试验方法具有很强的适用性，发动机实际工作状态必然是多种载荷联合作用；④复合载荷试验可减少试验项目，更加精确的验证发动机的承载能力。

4 试验启示

组合试验件复合静力载荷试验方法实现了对复合载荷之间、对试验件强度的交叉影响和产品与产品之间强度的交叉影响的考核。本文提出的试验方法打破了以往验证性试验的传统格局，以往静力载荷试验只能进行单件单载荷因子验证，无法考核产品与产品之间、各载荷之间对试验件强度的交叉影响，组合试验件复合静力载荷试验方法不仅实现了验证复合载荷之间对试验件强度的交叉影响，还实现了验证产品与产品之间强度的交叉影响，对产品的研发和改进有更加重要的指导意义。

组合试验件复合静力载荷试验方法的试验载荷和边界条件更接近产品的真实工作情况。以往的试验载荷和边界条件经过一系列的简化后，产品的试验状态与产品真实工作状态有不可忽视的差异，组合试验件复合静力载荷试验方法可以尽可能地复原以往试验中被简化的试验载荷和边界条件，试验的模拟度更高、指导性更强。

组合试验件复合静力载荷试验方法系统化、集成化更高。它不同于以往常规结构静力试验，组合试验件复合静力载荷试验方法采用了多系统并行协同工作，解决了多系统工作的时序控制难题，大力推动静力结构试验向更高的系统化、集成化迈进。

组合试验件复合静力载荷试验方法大大降低了试验成本。以往对单个试验件要分别进行多项单载荷静力结构试验才能达到考核目标，而本文提出的试验方法可以在一次试验中同时完成组合产品在多种载荷下的考核，在实现考核目标的同时试验量大为减少，极大地压缩了试验周期，降低了试验成本。

组合试验件复合静力载荷试验方法属于新型的试验方法，试验集成度高、系统性强。该类试验在结构静力试验领域属于技术集约型试验项目，多种载荷复合试验难度大，试验时，必须考虑到载荷之间的干涉和约束情况。这种试验方式主要验证了多种载荷互相作用下的壳体承载能力，更加贴近壳体实际受载情况，可测得多种载荷对发动机的影响。

参考文献

[1]魏生道.结构静力试验技术[M].北京：宇航出版社，1988.

[2]侯晓，秦谊，何高让，等.应变率对复合材料壳体外压性能的影响[J].固体火箭技术，2012，35（6）.

[3]王洪桂.潜地导弹发动机外压试验[C]//2000年全国固体火箭发动机设计技术学术交流会.北京：中国宇航学会，2000.

[4]《导弹结构强度计算手册》编写组.导弹结构强度计算手册[M].北京：国防工业出版社，1978.

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