浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究与预估

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固体火箭发动机药柱概率贮存寿命预估

固体火箭发动机药柱概率贮存寿命预估
唐国金;申志彬;田四朋;杨东
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2012(032)003
【摘要】基于粘弹性随机有限元法和固体推进剂高温加速老化试验,提出了固体火箭发动机( SRM)药柱概率贮存寿命预估模型.对老化试验数据进行统计分析得到了固体推进剂性能参数数字特征随贮存时间的变化规律,采用三维粘弹性响应面随机有限元法( SFEM)计算了药柱结构响应的均值和标准差,分析了某SRM药柱在不同贮存期的结构可靠度,并对其进行了概率贮存寿命预估.所提方法可为固体发动机研制和使用部门提供参考.
【总页数】6页(P301-306)
【作者】唐国金;申志彬;田四朋;杨东
【作者单位】国防科学技术大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073;成都飞机设计研究所,四川成都610041;中国航天科技集团公司四院43所,陕西西安710025
【正文语种】中文
【中图分类】V435.13
【相关文献】
1.翼柱型药柱固体火箭发动机不稳定燃烧研究 [J], 胡大宁;何国强;刘佩进;王占利
2.固体火箭发动机药柱可靠性及寿命预估研究 [J], 高鸣;徐廷学
3.固体火箭发动机推进剂贮存寿命预估技术研究进展 [J], 徐雪涛;丁玉奎;李天鹏;尚春明
4.固体火箭发动机推进剂贮存寿命预估技术研究进展 [J], 徐雪涛;丁玉奎;李天鹏;尚春明;
5.翼柱型药柱固体火箭发动机工作过程仿真 [J], 汤志东;方国尧;向红军;屈文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

某航空发动机寿命预测算法研究

某航空发动机寿命预测算法研究近年来，随着航空工业的不断发展，航空发动机的设计和制造技术也在不断更新换代。

而在使用过程中，发动机的性能和寿命预测则成为了航空工业中一个极为复杂和关键的问题。

针对这个问题，发动机寿命预测算法应运而生。

一、发动机寿命预测算法的意义在航空工业中，机身和发动机的完好性和安全性是最为重要的因素之一。

发动机的性能和性能退化具有不可预测性和随机性，因此对于发动机进行可靠的寿命预测就变得尤为重要。

发动机寿命预测算法能够根据发动机运行状态、材料、构造等各项参数，对其进行分析预测，提前发现发动机可能出现的故障和失效，及时进行维修和更换，从而保证航班的安全和正常运行。

二、发动机寿命预测算法的实现方式发动机寿命预测算法的实现方式包括模型构建和数据处理两个方面。

模型构建可根据数据特点构建回归模型、神经网络、支持向量机、灰色模型等模型，实现对航空发动机寿命的快速准确预测。

数据处理则需要根据实际数据情况分析整理，去除噪声数据、保留重要特征，确定数据的空间和时间序列关系等。

三、发动机寿命预测算法的优缺点分析作为一种预测模型，发动机寿命预测算法具有其自身的优缺点。

首先，发动机寿命预测算法可以快速高效地计算发动机寿命，提高故障发现速度和准确度。

其次，发动机寿命预测算法能够深入剖析发动机各项参数、工程特性，完全模拟发动机的工作状态和性能变化，真实反应发动机寿命的可靠性。

然而，发动机寿命预测算法虽然准确性高，但实现起来却需要大量的时间和成本。

数据处理的方法和模型的构建都需要专业人员进行分析和研究，算法的复杂度也要求有良好的算法基础和高超的数学统计能力，这对于中小企业来说难度较大。

四、发动机寿命预测算法的应用前景发动机寿命预测算法的应用前景非常广阔，可以应用于各种类型的航空发动机预测，包括轮式发动机、涡扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等。

传统机会的机械构造模型、数学物理模型和计算机模拟模型都可以用来进行发动机寿命预测，这也为该领域的研究提供了广泛的研究方向。

航空航天器的可靠性与寿命预测研究

航空航天器的可靠性与寿命预测研究航空航天器的可靠性与寿命预测一直是航空航天领域中的重要研究课题。

随着科技的进步和航空航天技术的不断发展，人们对航空航天器的可靠性和寿命有着越来越高的要求。

这也导致了人们对航空航天器可靠性与寿命预测的研究日益深入。

航空航天器在执行任务过程中，面临着种种复杂的环境和工作条件，如高温、高压、高速等。

这些极端条件给航空航天器的可靠性和寿命带来了巨大挑战。

因此，科研人员们一直致力于通过各种手段来提高航空航天器的可靠性和预测其寿命。

主要包括以下几个方面：首先是航空航天器的结构设计。

航空航天器的结构设计直接影响着其可靠性和寿命，科研人员们通过优化结构设计，提高航空航天器承受极端条件的能力，从而提高其可靠性和延长其寿命。

其次是航空航天器的材料选择。

航空航天器的材料直接决定了其在极端条件下的表现，科研人员们通过研究不同材料的性能，选择最合适的材料，提高航空航天器的可靠性和寿命。

另外，航空航天器的制造工艺也对其可靠性和寿命有着重要影响。

科研人员们通过不断改进制造工艺，提高航空航天器的制造质量，从而提高其可靠性和寿命。

此外，航空航天器在使用过程中也需要进行定期检测和维护，以确保其正常运行。

科研人员们通过开展航空航天器寿命预测，提前发现潜在问题，进行及时修复，延长航空航天器的使用寿命。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，航空航天器的可靠性与寿命预测研究是一个涉及多个方面的综合性课题，需要科研人员在结构设计、材料选择、制造工艺、维护检测等方面进行深入研究，以提高航空航天器的可靠性，延长其寿命，确保航空航天事业的持续发展。

通过不懈的努力和持续的研究工作，相信航空航天器的可靠性与寿命预测将会取得更大的进展，为航空航天事业的发展注入新的活力。

一种固体火箭发动机性能仿真与评估方法研究

ｃｎｄｎｅｉｔｒａｓＩｉｄｆｃｌｔｓｅｓｔｅｄｓｒｕｅｈｒｃｅｓｃｎｅｉｂｌｙｏＲＭｅｆｒａｃｎｙｂｏｆｅｃｎｅｖ．ｔｓｉｉｕｔｏａｓｓｈｉｔｂｔｄｃａａｔｒｔｓａｄｒｌｉｔｆＳｉｌｉｉｉａｉｐｒｏｍｎｅｏｌｙ
中图分类号：４８１Ｖ４．５＋３文献标识码：Ｂ
ＮｅＭｅｈｏｏｌｗｔｄｆｒＳ
ＰｅｆｒａｅＳｉｕａｉｎａｓｓｍｅｒｏｍｎｃｍｌｔｏｎｄＡｓｅｓｎｔ
ＳＮＹｎ —ｑａｇＣｉｇＢＯＦｔｇＬＵＹｎＵｏｇｉ，ＡＩａ，Ａｕ— ｉ，ＩａｇｎＱｎｎ
ｔｓ．ＭｏｔｒｉｌｔｎｍｅｈｄｗｓｕｅｏｓｌｅｔｉｒｂｅｅｔｓｎｅＣａｌｓｍｕａｉｔｏａｓｄｔｏｖｈｓｐｏｌｍ．ＴｓｅｓｔｅｒｌｉｔｆＳＭｅｆｒａｃｏｏｏａｓｓｈｅｉｌｙｏＲｐｒｍｎｅｂａｉｏｒｌｉｔｏｒｈｎｉｅｙ，ａｃｐａｃａｌｇｗｓｉｔｄｃｄｔｏｒｈｅｉｉｔｏｄｎｅｉｔｒａ．Ａｏ－ｅｉｌｙｃｍｐｅｅｓｖｌｂａｉｃｅｔｅｓｍｐｉａｎｒｕｅｃｎｍｔｅｒｌｌｙｃｎｅｃｎｅｖ１ｃｒｎｎｏｏｆｉｂａｉｉｆｒｃｉｎｉｔｒｏａｌｔｓｍｏｅｓｕｅａｃｌｔａｇｒａｅｐｓｏＲｐｒｏａｃ．ＦｎｌｅｔｎｅｒｌｉｉｄｌｏｉｂｓｃｗａｓｄｔｃｌｕａｅｌｒｅａｅｘａｉｎＳＭｅｒｎｅｉａｙ，ｃｍｐｒｄｗｔｏｎｆｍｌｏａｅｉｈｔｓｒｓｌ，ｔｅｓｍｕａｉｎｍｏｅｓａｃｒｔｎｈｉｌｔｎｒｓｌｉｉｏｇｅｍｅｔｔｔｔａｒｐｒｉｓｏｅｔｅｕｔｈｉｌｔｄｌｃｕａｅａｄｔｅｓｍｕａｉｅｕｔｓｎａｇｏａｒｅｎ．ＳａｉｉｌｏｔｅｆｓｏｉｏｄｓｃｐｅＳＲＭｅｏａｃｅｂｔｒｒｆｅｔｄｂｓｆｎｗｔｏ．ｐｒｒｎｅａｅｔｅｃｅｙｕｅｏｅｍｅｈｄｆｍｒｅｌＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｏｉｃｅｔｒＭｏｔａｌ；ｅｆｒａｃｉｌｔｎ；ｎｅｏａｌｔｓＳｌｒｋｔｍｏｏ；ｎｅｃｏＰｒｍｎｅｓｍｕａｉＩｔｒｒｂｌｓｃｄｏｒｏｏｉｉｉ

基于LSTM-ECGRU的固体火箭发动机性能预测方法

收稿日期：２０２３－０２－２１基金项目：装备预研专用技术项目（３０４０３０１０７）引用格式：张明楠，宫秀良，程博，等．基于ＬＳＴＭＥＣＧＲＵ的固体火箭发动机性能预测方法［Ｊ］．测控技术，２０２４，４３（１）：７７－８２．ＺＨＡＮＧＭＮ，ＧＯＮＧＸＬ，ＣＨＥＮＧＢ，ｅｔａｌ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＬＳＴＭＥＣＧＲＵ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２４，４３（１）：７７－８２．基于ＬＳＴＭＥＣＧＲＵ的固体火箭发动机性能预测方法张明楠１，宫秀良２，３，程　博３，４，胡小梅１（１．上海大学机电工程与自动化学院上海市智能制造及机器人重点实验室，上海　２００４４４；２．西北工业大学网络空间安全学院，陕西西安　７１００７２；３．中国航天科工集团第六研究院六一所，内蒙古呼和浩特　０１００７６；４．西北工业大学计算机学院，陕西西安　７１００７２）摘要：随着数据挖掘技术、测量技术的不断发展，为了满足火箭发动机参数探索的需要，使用数据挖掘技术利用历史数据对发动机各种参数进行预测成为火箭发动机在数据探索方面新的发展方向。

同时，火箭发动机的地面点火试验在向着尽可能还原真实运行环境的方向发展。

基于以上情况，引入在地面点火试验中的环境因素与设计因素共同作为模型的输入变量，以此来补充环境因素对性能参数的影响。

根据试验对象数据特性，使用长短期记忆（ＬｏｎｇＳｈｏｒｔＴｅｒｍＭｅｍｏｒｙ，ＬＳＴＭ）神经网络对性能进行初步预测。

为了能够减少整体模型误差和引入环境因素带来的误差，提高模型预测精度和泛化能力，提出了基于误差修正分析和趋势判断的误差修正门控单元（ＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＧａｔｅＲｅｃｕｒｒｅｎｔＵｎｉｔ，ＥＣＧＲＵ）神经网络模型对初步预测结果进行误差修正。

同时结合环境参数特点，设计规划ＥＣＧＲＵ模型输入、输出参数的计算规则。

航空发动机寿命预测与评估研究

航空发动机寿命预测与评估研究近年来，航空领域的发展迅猛，而这其中的关键因素之一，便是航空发动机的技术不断地升级和改进。

然而，伴随着航空发动机的不断发展，一个独立于航空领域研究的话题逐渐引起了人们的注意，那就是航空发动机的寿命预测与评估研究。

航空发动机是航空器的核心设备之一，所承受的工作负荷之大，可以说是任何其他设备难以相比的。

因此，对于航空发动机的使用寿命预测与评估，不仅直接关系着飞机的安全性，也对于航空公司的经济利益有着重要的影响。

一、航空发动机寿命预测的基本方法航空发动机寿命的预测与评估，需要依靠多种方法和技术。

其中，最基本的方法包括：1.红外线热成像检测这是通过对发动机进行红外线热成像检测，判断其工作温度和热分布的方法。

由于航空发动机内部温度分布较为均匀，因此通过红外线热成像技术，可以有效地预测和评估航空发动机的工作寿命。

2.化学分析方法这是通过对航空发动机关键部位进行化学分析，掌握其金属元素和组成比例的方法。

通过这种方法，可以识别发动机内部可能存在的腐蚀、磨损等问题，并进行有效的修理和维护，增加其使用寿命。

3.振动分析技术这是通过对航空发动机工作时的振动数据进行分析，以评估发动机的磨损程度、工作状态和使用寿命的方法。

通过振动分析技术，可以在发动机开始表现出故障前，对其进行调整和维护，避免后续更大的问题和损失。

二、航空发动机寿命评估的流程航空发动机寿命预测和评估，通常需要经过一系列的流程，如下：1.初步检测在初步检测阶段，需要对航空发动机进行一次最基本的检测，包括外观、温度、噪音等方面的检测，以判断其是否存在明显的问题和缺陷。

2.问题分析在确定航空发动机有问题的情况下，需要进行详细的问题分析和检查，包括检测运转状况、拆卸标本、进行原因分析、确定使用寿命等方面的工作。

这个阶段的工作需要依靠各种分析和检测技术，以确保问题的准确诊断。

3.修理和维护在确定问题之后，需要对航空发动机进行修理和维护，以增加其使用寿命。

含内聚空洞固体发动机药柱的寿命预估

国防科技大学学报第30卷第1期J OUR NAL OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNO LO GY Vol.30No.12008文章编号:1001-2486(2008)01-0015-04含内聚空洞固体发动机药柱的寿命预估X李九天1,雷勇军1,袁端才1,申志彬1,蒙上阳2(1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073; 2.中国人民解放军63961部队,北京100012)摘要:为了对含内聚空洞固体导弹发动机的贮存寿命进行预估,采用加速老化试验,得到该推进剂最大延伸率随贮存时间的变化规律;应用三维粘弹性有限元分析方法,对含内聚空洞的发动机贮存一定时间后直接点火发射过程进行数值仿真,从中获得发动机药柱在点火增压和轴向过载联合作用下的最大Von Mises应变。

将不同贮存期药柱的最大Von Mises应变值与推进剂的最大延伸率进行对比,利用结构完整性评估准则,给出了某发动机药柱不同贮存期间内聚空洞大小的允许值。

该方法可为含内聚空洞固体发动机的判废提供定量参考。

关键词:固体导弹发动机;粘弹性;内聚空洞;老化试验;贮存寿命中图分类号:V512文献标识码:AThe Prediction of the Service Life of Solid MotorGrain with Cohesive CavitiesLI Jiu-tian1,LEI Yong-jun1,YUAN Duan-cai1,SHE N Zh-i bin1,MENG Shang-yang2(1.College of Aerospace and M aterial Engineeri ng,National Uni v.of Defense Technology,Changsha410073,China;2.Chinese People.s Liberation Army63961Uni t,Beijing100012,China)Abstract:Cohesive cavities often occur in the solid missile motor grain.T he s train field analysis of the cohesive cavi ty is an i mportant problem to the evaluation of grain structural integrity.In this paper,a method to analyze the cohesive cavity.s strain field is presented.Wi th accelerated aging test,the variation law of the extensibility of propellant in the storage period was ing three-di mension viscoelastic finite element method,the Von Mises strain of the grain with cohesive cavi ties under in ternal pressure and axial acceleration loading was analyzed.In comparing the extensibility of propellant and the Von Mises strain of the grain i n different s torage period,the allowable maxi mu m diameter of the cohesive cavi ty in different storage period was determined by the maximum Von Mises strain criterion.The analysis of a practical motor shows that the analytical method and these conclusions are available for using solid motor with cohesive cavities.Key words:solid missile motor;viscoelasticity;cohesive cavity;ag i ng test;storage life导致发动机药柱产生内聚空洞的现象很多。

某固体推进剂热加速老化试验与贮存寿命预估

某固体推进剂热加速老化试验与贮存寿命预估
试验步骤：
1.选取适当的固体推进剂样品，例如常用的聚合物固体火箭发动机推
进剂。

2.将样品放入加热箱中，以一定的温度和时间加热，使其发生老化。

3.取出样品，进行物理性质和化学性质的测试，包括显微结构、密度、机械性能、热性能、化学成分等。

4.根据测试结果分析样品老化的程度和特征，进而评估其贮存寿命。

预估方法：
1.基于试验结果，建立推进剂老化模型，探究其老化机理。

2.使用模型对不同贮存条件下的样品进行模拟，预测样品在不同贮存
时间下的老化特征和贮存寿命。

3.结合试验数据，对模拟结果进行修正和验证，提高预估的准确性。

4.根据预估结果，制定合理的储存和使用方案，保证推进剂在储存和
使用过程中的质量稳定和可靠性。

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浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究
与预估

摘要：本文概述了近年来固体火箭发动机寿命的研究方法，简要介绍几种固
体火箭发动机寿命预佑的方法，同时从各个方面论述延长固体火箭发动机寿命采
取的措施；对固体火箭发动机的延寿及修补方法进行简单的介绍，预测研究固体
火箭发动机使用寿命在未来的发展趋势。

关键词：固体火箭发动机；发动机使用寿命；寿命预测
引言
固体火箭发动机的寿命预测具有着深远的意义，无论是从经济角度还是环保
角度，人们总是希望固体火箭发动机的使用寿命更长，或是预测得更准确。当固
体火箭发动机超寿时，我们并不希望立即销毁，而是力所能及地延长其寿命。固
体火箭发动机寿命预测的重要性在逐渐凸显，如果预估的寿命长于真实寿命，失
效的发动机会导致飞行器发射失败，甚至发生灾难性的爆炸，危及发射平台和人
员的安全；如果预估的时间过短，会使大批可用发动机报废销毁，不但造成经济
损失，而且污染生态环境。

固体火箭发动机使用寿命预测技术的发展
近代固体火箭发动机源自于20世纪的硝化甘油无烟火药的发明，在经过一
个世纪的发展，固体火箭发动机的贮藏时间和可靠性能得到了很大的提高，其寿
命预测也是各国首要攻克的难题。

固体火箭发动机的寿命主要取决于推进剂药柱的物理和化学性能，同时还要
考虑工作时发动机的内弹道性能和结构的完整性。我们主要通过分析固体火箭发
动机装药的化学特性和物理特性来判断其是否到寿。在实际贮藏过程中，发动机
的金属壳体只要不被腐蚀，它的机械性能就不会发生显著变化；而复合材料壳体
只要贮存环境稳定，他的机械强度将不会损失太多，而最主要的密封橡胶材料是
可以进行定期更换的，因此固体推进剂失效将成为固体发动机到寿最主要的因素。

影响贮存时药柱结构的完整性以及发射的过程中内弹道稳定性的因素有很多，
包括装药老化引起的能量损失、发射场温度变化导致的燃烧室内燃气压力的变化、
装药力学性能的变化导致的结构破坏等等。但多年研究结果表明，推进剂力学性
能是影响内弹道特性变化最关键的因素，因此近年来的研究工作都把推进剂力学
性能作为固体火箭发动机寿命评估的关键参数。还有最容易忽视的因素就是贮存
环境，我们应当降低固体火箭发动机贮存场所的湿度，保持一定的温度，减少其
与氧气的接触，相对稳定的贮存环境可以从一定程度上提高固体火箭发动机的使
用寿命。

固体火箭发动机寿命预测方法
固体火箭发动机寿命预测是一项持续时间长、研究难度大、经费投入高、综
合效益显著的重要工程。由于固体火箭发动机的寿命决定因素较复杂，使得其寿
命预测涉及的学科复杂、领域繁多，我们主要分析俄罗斯的一种发动机寿命预测
方法。

俄罗斯的固体火箭发动机寿命预测的方法主要依靠于评估其原材料的性能，
利用加热的方式使各个部件加速老化，来评估发动机和各个部件的寿命。俄罗斯
对所有的固体火箭发动机的材料都进行大量的实验测试，拥有固体火箭发动机所
有材料在各种环境影响下的性能参数，以此来达到在不同的条件下以最快的速度
找到固体火箭发动机寿命最短的部件，并选出适合的材料进行整改。

固体火箭发动机的延寿
固体火箭发动机的寿命通常是指固体火箭发动机的使用寿命，同时也可以说
成有效贮藏时间，这个时间长达几年，甚至是几十年，相比之下固体火箭发动机
的工作寿命却很短，只有短短的几秒或是几分钟。固体火箭发动机服役到期后，
仍需要进行评估后继续使用，于是就出现了延寿手段。延寿是在发动机即将到寿
但并不想退役，采取有关措施延长其寿命的一种手段。
固体火箭发动机的延寿方法主要是两个方面，一是在固体火箭发动机设计的
过程中就要考虑如何设计能延长固体火箭发动机时的使用寿命，二是在固体火箭
发动机达到有效贮藏期后，具体分析固体火箭发动机的实际状况来采取有效措施
来进行延长使用寿命。

在设计方面，主要是通过药柱的设计来控制国体火箭发动机的寿命，在推进
剂配方的研究中，要尽量改善药剂的力学性能和贮藏性能在药柱设计方面，在满
足体积装填分数和内弹道特性的同时，让药柱尽量减少应力集中。同时还要改善
贮存和运输的环境，避免环境给固体火箭发动机寿命带来影响。

在固体火箭发动机达到有效贮藏期后，我们要将结构完整性被破坏或内弹道
性能明显变化的药柱进行更换，对失效的药柱进行合理的处理，避免造成对环境
的污染。

未来发展方向
世界各国在固体火箭发动机使用寿命预测以及延寿方面都取得了重要的成就。
但是固体火箭发动机寿命的决定因素很复杂，我们的研究还比较片面，不能实际
反映出固体火箭发动机的真实寿命。

如今固体火箭发动机寿命预测都是针对某一种型号的固体火箭发动机，但同
一型号的固体火箭发动机也会因为环境的不同而造成巨大的寿命差异，所以我们
需要研究的是要根据不同的环境来对某一型号的固体火箭发动机进行寿命预测，
让某一型号的所有火箭发动机在任何的环境下的寿命预测都准确无误，同时要实
时记录每个过程的数据，定期检测，提供资料。

要重视贮存环境对固体火箭发动机的影响，我们必须要知道贮藏环境的湿度
和温度，要定时定点的观测，根据观测数据与出厂时厂家提供的贮藏要求进行对
比，有针对性的进行调整，让固体火箭发动机的寿命预测更加准确。

结束语
固体火箭发动机寿命的准确预估具有重大的军事和经济效益。“十四五”期
间，将会有大量的固体火箭发动机到寿，我们要根据现有阶段试验数据，针对固
体火箭发动机的不同特点做出不同的延寿方案，不断拓展在固体火箭发动机寿命
研究领域的认知，直至达到世界前列。