高超声速火箭橇凿削磨损机理分析

陈科儒; 孙琨; 陈诚; 齐博毅; 党峰

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (8) : 136 -144.

高超声速火箭橇凿削磨损机理分析

陈科儒, 孙琨, 陈诚, 齐博毅, 党峰

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摘要

针对高超声速下火箭橇运行过程中凿削磨损产生的机理模糊不清问题，基于有限元-光滑粒子流体动力学法(FEM-SPH法),利用有限元软件ABAQUS构建了三维火箭橇靴-轨模型，FEM-SPH法是一种既能保证计算精度，又能克服网格畸变的新型模拟方法。在该模型中，滑靴和轨道所使用的材料分别为VascoMax 300钢、AISI 1080钢，并赋予各自材料属性，通过设定航向速度为2 000 m/s,竖直速度为2.5 m/s以及温度为673 K,模拟了高超声速下靴-轨凿削磨损现象的演变过程。模拟结果表明：凿削磨损是在高温高应力作用下和靴-轨之间形成嵌入式结构后，经过持续地破坏滑靴底部所产生的，最终形成泪滴状蚀坑。进一步分析表明，竖直速度和温度的增加都会提高凿削发生的概率。在航向速度为2 000 m/s、初始温度为673 K时，竖直速度超过1.50 m/s就会发生凿削现象；在航向速度为2 000 m/s、竖直速度为2.5 m/s,温度超过293 K就会发生凿削现象。该研究成果不仅有助于高超声速下靴-轨凿削磨损的产生机理进一步完善，还为高超声速火箭橇试验的安全发射提供了新的理论支持。