(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210903901.6 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 地址 110015 辽宁省沈阳市沈河区万 莲路1 号 (72)发明人 祝昭丹　李宇　赵诗杨　郝文远　 甘雨玺　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 刘传准 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 一种鸟撞试验群炮发射高速弹壳及其设计 方法 (57)摘要 本申请属于航空发动机试验 领域， 特别涉及 一种鸟撞试验群炮发射高速弹壳设计方法， 以均 匀薄壁筒结构弹 壳形状为基础， 构建弹壳与脱弹 装置的三维数值仿真模型， 计算弹 壳以高鸟速撞 击脱弹装置时的应力与变形结果， 找出结构的应 力薄弱位置和位移薄弱位置； 以弹 壳中间段与后 段能容纳最小尺寸鸟体为约束， 以弹 壳中间段内 径与后段内径最小以及弹壳屈曲模式最优作为 优化目标， 对弹壳结构进行拓扑优化， 得到初始 的弹壳轮廓； 以弹壳内部应力不超 过材料失效应 力、 弹壳总质量不超过原始质量作为约束条件， 以弹壳前端吸能最大和中间段、 后段变形最小作 为优化目标， 对弹壳结构 进行尺寸与形状的拓扑 优化， 得到优化后的弹壳。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115292926 A 2022.11.04 CN 115292926 A 1.一种鸟撞试验群炮发射高速弹壳设计方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 以均匀薄壁筒结构弹壳形状为基础， 构建弹壳与脱弹装置的三维数值仿真模 型， 计算弹壳 以高鸟速撞击脱弹装置时的应力与变形结果， 找出结构的应力 薄弱位置和位 移薄弱位置； 步骤S2： 以弹壳中间段与后段能容纳最小尺寸鸟体为约束， 以弹壳中间段内径与后段 内径最小以及弹壳屈曲模式最优作为优化 目标， 对弹壳结构进行拓扑优化， 得到初始的弹 壳轮廓； 步骤S3： 以弹壳内部应力不超过材料失效应力、 弹壳总质量不超过原始质量作为约束 条件， 以弹 壳前端吸能最大和中间段、 后段变形最小作为优化目标， 对弹壳结构进 行尺寸与 形状的拓扑优化， 得到优化后的弹壳。 2.如权利要求1所述的鸟撞试验群炮发射高速弹壳设计方法， 其特征在于， 步骤S3之后 还有步骤S4： 将优化后的弹壳结构进行加工试制， 试制样品在群炮发射装置上进行实弹测 试， 根据测试结果改进 结构细节， 直至满足弹壳高速发射不开裂、 鸟体能够顺利通过脱弹装 置中心孔和发射后能够顺利拆卸炮管内弹壳的要求。 3.一种鸟撞试验群炮发射高速弹壳， 通过权利要求1 ‑2任意一项所述的鸟撞试验群炮 发射高速弹 壳设计方法设计而成， 其特征在于， 包括扩张段与直筒段， 扩张段位于弹壳的前 端， 扩张段的后端连接直筒段， 扩张段由后端至前端逐渐扩张。 4.如权利要求3所述的鸟撞试验群炮发射高速弹壳， 其特征在于， 所述扩 张段与所述直 筒段的连接处具有由弹壳外壁沿径向凸起形成的环形支撑结构。 5.如权利要求4所述的鸟撞试验群炮发射高速弹壳， 其特征在于， 所述支撑结构的半径 小于或等于扩张段的最大直径。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115292926 A 2一种鸟撞试验群炮发射高 速弹壳及其设计方 法 技术领域 [0001]本申请属于航空发动机试验领域， 特别涉及一种鸟撞试验群炮发射高速弹壳及其 设计方法。 背景技术 [0002]航空发动机鸟撞试验是发动机适航取证过程中不可缺少的重要试验， 各类适航规 范对于鸟撞试验都提出了明确的要求， 规定了不同情况下鸟体重量和数目。 根据发动机进 气道喉道面积的不同， 鸟的重量和数目均不相同。 [0003]群炮发射是指使用多 门空气炮， 在一定时间间隔内， 将规定重量和数目的鸟体抛 向发动机的过程。 为了模拟发动机撞鸟过程， 需要控制鸟体的抛射速度， 通常这一速度与飞 行器的起飞速度相当。 高速弹壳是承载鸟体的装置， 通常置于空气 炮炮管中， 随鸟体一同在 炮管中加速， 并在炮口受到空心脱弹装置的阻拦停止， 鸟体从脱弹装置中心 孔飞出， 完成鸟 体发射。 [0004]目前， 现有的高速弹壳多采用均匀薄壁筒结构， 以轻质、 变形率高的铝制材料经过 切削加工而成。 发射鸟体前， 在薄壁筒内部粘贴泡沫或塑料内衬以减小弹壳内径， 使鸟体可 以在弹壳撞击空心脱弹装置后， 顺利从 中心孔飞出。 对于群炮发射过程， 需要准备多个带有 内衬的薄壁弹壳， 以满足不同鸟体重量和数目的要求。 [0005]现有技术方案的缺 点有以下几方面： [0006]首先， 技术方面， 受群炮发射系统的结构限制， 脱弹装置能够承受的冲击荷载有 限， 因此在高速发射时， 弹壳质量不能过大。 这就使得均匀薄壁弹壳的厚度必须小于固定 值， 从而限制了弹壳的抗冲击能力。 当发射速度进一步提高时， 弹壳极易在与脱弹装置撞击 后发生开裂， 甚至产生碎片、 飞入发动机进气道， 对试验安全构成严重威胁。 [0007]其次， 成本方面， 现有的弹壳结构在发射前需要粘贴内衬结构， 以减少弹壳内径、 保证鸟体顺利飞出。 因此在制备鸟弹壳时， 不仅要额外购置尺寸相符的内衬， 还要在加工时 保证弹壳 内表面的加工精度， 这些都提高了弹壳的制备成本 。 [0008]最后， 效率方面， 均匀薄壁弹壳在撞击脱弹器后， 前端会产生较大的塑性扩张变 形， 而中后端会发生严重的挤压变形， 这些作用力会在炮管内部形成向外扩张的压力， 顶住 炮管内壁， 使弹壳的拆卸变得极为困难。 在进行多鸟体 群炮发射时， 会显著降低试验效率。 发明内容 [0009]本申请提供了鸟撞试验群炮发射高速弹壳设计方法， 着重解决弹壳高速易开裂、 试验成本高、 拆弹效率低等方面问题， 本申请包括： [0010]步骤S1： 以均匀 薄壁筒结构弹壳形状为基础， 构建弹壳与脱弹装置的三维数值仿 真模型， 计算弹壳以高鸟速撞击脱弹装置时的应力与变形结果， 找出结构的应力 薄弱位置 和位移薄弱位置； [0011]步骤S2： 以弹壳中间段与后段能容纳最小尺寸鸟体为约束， 以弹壳中间段内径与说　明　书 1/3 页 3 CN 115292926 A 3