基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

• 作者: 李佳霖 赵剑 孙直 郭杏林 郭旭
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 航空航天
• 关键词: 拓扑优化 移动可变形组件法 轻量化设计 运载火箭 传力机架
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 生物、工程及交叉力学|Biomechanics, Engineering and Interdiscipliary Mechanics
• 页码范围: 244-251
• 页数: 8页
• 分类号: V421.4+1
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-21-309

摘要

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component,MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性.