题目：连接与分离方案研究及发动机中心拉杆预紧力松弛效应分析

连接与分离是与航天器技术同步发展起来的一门技术。经过40 多年的发展，连接与分离装置已经取得了很大的发展。目前，我国航天火工装置仍是随航天具体型号的设计小改小动，造成多家重复设计、生产的局面。本可通用的而未得到通用，品种繁多，使得航天火工装置及其发火元、器件多达200 多种，造成很多不必要的重复劳动，且投资大、研制周期长、产品成本高，安全与可靠性难以提高。本文通过认真调查，综合分析国内外的有关资料的基础上，选择了一些最常用的，最有代表性的火工装置，总结归纳了它们的优缺点，为以后的连接与分离方案设计提供有益参考。除了火工装置外，本文还研究了连接与分离装置的新的发展方向，即非火工装置。在综合研究国内外的相关文献的基础上，归纳总结了现有的可以代替火工装置的非火工驱动分离释放装置，如基于形状记忆合金（SMA）的释放装置，基于石蜡驱动器的释放装置等。这些非火工装置的最大的优点就是低冲击，无污染，不产生碎片，提高了释放装置的安全可靠性。有些非火工装置已经非常成熟，并已经付诸应用，或已经计划应用到一些项目中。在本文的第四章，专门分析了非火工装置在美国大学纳米卫星计划中的应用，重点研究了两种非火工包带分离系统。非火工装置，特别是基于形状记忆合金（SMA）的释放装置非常受到重视，很有发展潜力，现在国内外的很都研究机构都在研究开发新的非火工装置。本文综合整理了多种火工装置与非火工装置，并分析了各装置的优点和不足。在今后的连接与分离方案设计中，可以充分吸收这些装置的成熟技术，这样，既可以缩短研制周期，节约研制费用，又可以保证设计方案的科学性和可行性。目前，航空用发动机在飞机总装前一般要贮存一定的时间，几个月乃至几年。随着贮存时间的增加，拉杆预紧力会发生一定的松弛，这时的剩余预紧力还能否满足需要是一个很重要的问题。由于目前没有相关文献，本文采用理论与实验相结合的办法研究拉杆预紧力松弛问题。首先，以损伤力学作为理论基础，建立以应变与材料常数为参量的应力与时间函数关系，即应力与时间的理论曲线以及拉应力门槛值。同时建立以拉杆伸长与材料常数为参量的预紧力与时间的函数关系，即理论松弛曲线。此函数关系表明：对一定材料，预伸长愈大，则预紧力随时间的衰减速度也愈快。为了缩短实验与研究的周期，在以上理论分析基础上，提出加速实验方案。为此，在大应力（远大于预紧应力）水平进行拉伸实验，得到应力的门槛值。同时在中等应力（大于预紧应力）水平进行拉伸实验，进一步确定应力的门槛值，同时进行了逐级加载法直接确定了拉杆材料的应力门槛值。三种实验符合得很好，也验证了本方法的正确性。第五章分析了涡轴发动机中心拉杆回弹拉力。现代小型涡浆、涡轴发动机多采用施加预紧力的中心拉杆来连接各个转动件，施加适当、准确的预紧力是十分重要的。本章主要分析在装配时连接螺纹对中心拉杆回弹拉力的影响。在计算中心拉杆刚度时，分两种情况建立有限元模型，一种考虑连接螺纹的影响，另一种不考虑联接螺纹的影响。在这两种情况下所得到的回弹拉力比值是33.13％，计算结果表明联接螺纹对中心拉杆回弹拉力影响很大。在计算中心拉杆回弹拉力时，联接螺纹的影响不能忽略。本章对如何施加准确的预紧力有重要的参考意义。