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弹体尾喷管密封结构有限元分析

范文

阮启超

摘要：尾喷管密封结构提升了导弹弹体对复杂环境的适应能力，使导弹发挥良好的性能。O型橡胶圈密封具有结构简单、体积小、成本低等特点，被广泛应用于航空航天等工程机械领域。本文通过有限元分析，研究尾喷管密封结构的变形特点和受力情况，分析结果为开展尾喷管密封结构设计提供了参考意见。

关键词：导弹;尾喷管;橡胶密封;有限元分析

0 引言

导弹弹体主要功能是为导弹飞行提供良好的气动性能，连接各弹上设备，使之成为一个有机的整体，提供飞行控制力，并且承担各种载荷并为他们提供必要的工作环境。由于导弹的使用环境往往很复杂，为保证设备处于良好的工作状态，有时候需要采用密封等措施[1]。O型橡胶圈密封结构具有结构简单、拆装方便、体积小和成本低等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、轮船等工程机械设计中[2-3]。

1 密封结构

弹体尾喷管密封结构主要由尾喷管、橡胶密封圈、支架等组成。尾喷管和支座的材料均为钢，密封结构如图1所示。

2 有限元计算模型

有限元计算模型使用ABAQUS软件创建，有限元计算模型采用轴对稱模型。支架和喷管为钢结构，计算主要考察尾喷管的变形和受载荷情况，为了降低成本、提高计算效率，计算模型将支架和尾喷管设置为刚体，计算模型如图2所示。支架采用固定约束，尾喷管施加位移约束，模拟尾喷管安装过程O型圈的变形和应力情况。O型圈采用Ogden模型，材料参数如表1所示。

3 计算结果与分析

橡胶圈的变形主要集中在与尾喷管接触的区域，最大变形为0.60mm，此时结构变形情况如图3所示。从图3（C）和图3（D）可以看出，O型圈在支架边缘处有明显挤压，支架结构设计时需进行倒圆，防止尖锐的边角对O型圈造成损伤，影响密封性能的同时会加速其老化、缩短使用寿命。

橡胶圈的受力情况如图5所示。随着尾喷管挤压而发生变形，最大VonMises应力为1.12MPa。从时间-应力曲线可以看到橡胶材料受载时的典型“S”型非线性变化特点。由于接触压力为1.67MPa，该设计结构可以满足不大于1.67MPa的工作介质的静密封需求。

尾喷管受到橡胶圈的反力情况如图5所示。从图中可以看出，尾喷管最大载荷为2.4N。尾喷管所受载荷不大，在满足密封的要求情况下拆装较为方便。

4 结论

本文分析了弹体尾喷管密封结构的变形和受力特点。该结构O型圈的最大应力为1.12Mpa，密封结构可以满足不大于1.67MPa工作介质的静密封需求。尾喷管受力较小，可以较方便的拆装。O型圈的安装支架需要做倒圆处理，防止尖锐边缘损坏密封圈，影响密封性能、减少使用寿命。

参考文献：

[1]余旭东等.导弹现代结构设计[M].北京：国防工业出版社，2007.2.

[2]蒋小敏，甘志银.真空密封中O型圈和燕尾槽的使用研究[J].装备制造技术，2014（3）：45-47，55.

[3]张镇国，沙宝林等. 基于Abaqus 的往复运动中双道O型圈密封性能分析[J]固体火箭技术， 42

（2019）.

[4]江丙云，孔祥宏，罗元元.ABAQUS工程实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2014.9.

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