过载系数定义为结构加速度与重力加速度之比(n = a/g)。轴向过载由发动机推力、气动阻力(含底部压差)、重力纵向分量三部分叠加。载荷设计取任务剖面中的特征工况:最大轴向过载点、最大动压点、横向最大过载点;全箭沿轴向划分为若干计算截面(专利算例为 29 个),各部段质量分配到截面后逐截面累加轴向力与弯矩。
式中 T 为发动机推力,D 各项为各部分气动阻力,S·ΔP 为内外压差引起的轴向力,a_x·Σm_x 为该截面之前所有质量的惯性载荷(连续分布质量按每米质量积分)。发动机隔板(相当于贮箱后底)处通常是全箭最大压缩载荷截面。最大气动轴向载荷出现在最大动压时刻,最大惯性载荷出现在轴向加速度峰值时刻,需沿弹道取包络。
| 对象 | 轴向过载/动压 | 来源与说明 |
|---|---|---|
| 朱雀二号(起飞状态) | 起飞推重比 1.22,起飞瞬间 n ≈ 0.22 g | 民间整理数据,与官方通稿交叉一致;起飞段过载低是液体火箭普遍特征 |
| 空射运载火箭(论文算例) | 最大轴向过载 9.94 g;实际最大动压 38.96 kPa(设计约束 67.9 kPa) | 《宇航总体技术》期刊弹道优化算例 |
| 远程制导火箭(约束取值) | 法向过载 ≤7 g、轴向过载 ≤30 g、动压 ≤250 kPa | 《国防科技大学学报》论文的结构载荷约束 |
国内推进剂贮箱设计执行航天工业标准 QJ 1941-90:强度剩余系数一般大于 1;按屈服设计安全系数 1.0~1.1,按极限强度设计 1.25~2.0;液压试验系数 1.05~1.5,气密试验压力 ≥ 增压压力;工作应力低于材料屈服(几何不连续处局部允许屈服);须完成总体与局部稳定性校核、振动模态耦合与动响应评估。标准扫描件已内置本站(见下方来源表)。
| 设计项目 | QJ 1941-90 规定 |
|---|---|
| 屈服安全系数 | 1.0 ~ 1.1 |
| 极限(强度)安全系数 | 1.25 ~ 2.0 |
| 液压试验系数 | 1.05 ~ 1.5 |
| 气密试验压力 | ≥ 增压压力 |
| 刚度与稳定性 | 静变形不引起破坏;各类失稳均不允许发生 |
薄壁筒段在内压作用下产生环向应力 σθ = pD/(2t) 与轴向拉应力 σz = pD/(4t),内压对飞行轴向压力起卸载作用;飞行轴向压力 N 产生压缩应力 N/(πDt),净轴向应力与弯曲正应力叠加后与许用应力比较。对超薄壁不锈钢贮箱(径厚比可达数百至上千),轴压失稳(欧拉失稳与局部皱曲)往往是控制工况,需单独校核。