CN103016209A - 发动机常平座十字型三向加力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机常平座十字形三向加力装置，用于模拟火箭发动机推力和剪力对火箭箭体作用力施加的方式，包括：中间部位两端为斜面的六面体（1）,中心垂直方向上下对称的两长方体（2），左右两斜面上各伸出一带台阶（4）的圆柱体（3）。本发明解决了模拟运载火箭发动机工作产生的推力和剪力载荷工况对火箭箭体结构作用的试验加载问题，取得了结构简单、安装方便、模拟精确、可重复应用等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及火箭发动机推力模拟试验装置，尤其是一种模拟发动机工作时对火箭箭体产生的推力以及两水平方向剪力施加的试验装置的三向加力装置。
背景技术
随着运载火箭运载能力不断增强的需求，需要利用捆绑火箭的形式来增加对运载火箭的推力，目前常用方法是采用四个助推火箭捆绑到主体火箭的方法，每个助推火箭可携带两台发动机，为保持四个助推火箭的8个发动机推力保持平衡和火箭姿态调整的需要，发动机机架设计有常平座，这样使发动机工作时具有一定范围的摇摆角度，因此，发动机工作时对火箭箭体结构产生向上推力的同时，也对箭体结构两水平方向产生横向剪切力，为考核火箭箭体结构对助推发动机产生的推力和剪切力载荷的承受能力，需要施加模拟这些载荷工况来进行试验验证。
在运载火箭箭体上直接安装助推发动机到发动机机架常平座上进行点火试验，是最真实的载荷工况，但这样做试验，代价非常昂贵，同时由于试验时间太短，无法全面了解结构各个部位的强度变化过程，因此需要进行地面模拟载荷工况的静力试验，这是既经济实惠有能又能掌握更多更详尽试验数据的好方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种发动机常平座十字型三向加力装置。利用本发明装置，可建立一套对发动机机架常平座实施三方向同时加力的静力试验装置，来模拟发动机工作时的载荷工况对运载火箭箭体结构的作用效果。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种发动机常平座十字型三向加力装置，该装置包括：
中间部位两端为斜面的六面体,中心垂直方向上下对称的两长方体，左右两斜面上各伸出一带台阶的圆柱体。
中间部位两端斜面与铅垂面夹角与发动机机架常平轴轴线相对于水平面倾角相等。
所述的左右两斜面上各伸出一带台阶的圆柱体的轴心通过所述装置中心，并且与两侧斜面垂直，该圆柱体将安装到发动机机架的轴孔内，外侧台阶起到限位作用。
所述的中心垂直方向上下对称的两长方体端部侧面各具有一个上下对称的通孔，用于安装施力机构，来施加轴向载荷。
所述的中心垂直方向上下对称的两长方体侧面通孔内侧适当位置各具有一个上下对称的通孔，两孔联合使用，用于安装施力机构，实施向左或向右水平方向的加载。
所述的中心垂直方向上下对称的两长方体前后两面适当位置具有对称的螺纹孔，用于安装施力机构，实施前后水平方向的加载。
上述上下两长方体的两侧面和前后面上对称分布有三组不同位置和大小的通孔或螺纹孔，分别用于安装发动机推力和两个水平方向剪力施加的施力机构，其中两个最大孔位于最外侧，试验时一般只需要一个与发动机推力一致的孔进行施加拉力就可；与两大孔在同一侧面的两个直径较小的通孔用于施加第一水平方向（向左或向右）的剪力，这两孔必须上下对称分布，使得其合力必须通过十字加力装置的中心，但两个孔距离十字加力装置中心距离需要根据发动机机架结构和火箭舱体结构情况进行确定，以确保施力机构系统与产品主要承力结构件不相干涉为原则。上下两长方体上前后面的螺纹孔上下对称，用于安装向前或向后剪切力的施力机构，这两孔必须上下对称分布，使得其合力必须通过十字加力装置的中心，但两个孔与十字加力装置中心距离需要根据发动机机架结构和火箭舱体结构情况进行确定，以确保施力机构系统与产品主要承力结构件不相干涉和施加载荷用的辅助连接工装不相干涉为原则。
上述加载用通孔或螺纹孔的具体大小和位置以及数量，包括整个工装的大小尺寸，并非固定不变，需要根据被试产品的结构形式来决定，其宗旨是确保三个方向的力或合力均通过十字加力工装置中心，即要确保加载点位于常平轴上，并且位于两轴承支座中心连线的中点。
本发明发动机常平座十字型三向加力装置，由于采取上述的技术方案，解决了发动机推力和发动机惯性载荷引起的两个水平方向剪力载荷的施加问题，可用于多种规格捆绑火箭发动机机架和火箭舱体的组合试验，来考核发动机机架和火箭舱体结构对发动机工作时产生的推力载荷和惯性载荷的承受能力。本发明取得了结构简单、操作方便、模拟精确、可重复应用和多规格灵活设计等有益效果。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是双发动机上同时实施三向加载时的安装方式示意图；
图3是本发明装置的改进结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明做一详细的说明。
图1是常平座十字型三向加力装置的结构示意图，包括中间部位两端为斜面的六面体1,中心垂直方向上下对称的两长方体2，左右两斜面上各伸出一带台阶4的圆柱体3，上下两长方体两侧面和前后面分布的φ72通孔5、φ27通孔6和M30螺纹孔7，分别用于施加向下轴向力、向左或右的横向剪切力和前或后方向的剪切力。
图2是双发动机机架同时实施三向加载时安装方式。由于两发动机机架及其周围火箭舱体结构形式不完全相同，同时又要确保向左加载拉杆系统不相互干涉，两十字加载工装结构上稍有区别，尤其是加载孔位置不同，同时由于右边发动机前后方向剪切力拉杆系统为了避开舱体上桁条和中间加强框（注：图中未示出火箭舱体）以及机架本身桁架梁的需要，其辅助工装设计就更为复杂，而右侧发动机向左剪切力与左侧发动机向左剪切力位于同一平面内同方向，因此也采用了将右侧发动机向左剪切力采用分力杠杆向左侧发动机剪切力拉杆系统两侧分解的辅助杠杆系统。
现将该工装的配置连接关系描述如下：
本实施例为两件十字型三向加力装置（结构形式基本一致，）同时使用于双发动机机架进行试验：第一件十字型三向加力装置Ⅰ安装于1号发动机机架常平座Ⅲ上（图中左侧常平座），第二件十字型三向加力装置Ⅱ安装于2号发动机机架常平座Ⅳ上（图中右侧常平座），通过φ72的通孔、φ27的通孔和M30的螺纹孔相连的拉杆、杠杆等为辅助工装（图2中未完全示出），辅助工装连接到施力机构来实施三个方向载荷的施加。
两件十字型三向加力装置结构形式类似，但具体尺寸和加载孔大小和位置不完全一致，需要根据各自发动机工作载荷大小、发动机机架结构和火箭舱体结构情况进行合理的设计，其设计原则是在确保三个方向载荷大小、位置及其方向满足试验要求的同时要保证辅助加载工装不与机架和火箭舱体的承力结构件相互干涉。因此，本例中两个十字型三向加力工装的辅助加工装结构形式差别较大，在实际应用中可根据实际情况灵活设计。
图3是十字型三向加力装置的改进形式，在十字形结构，包括中间部位两端为斜面的六面体1和中心垂直方向上下对称的两长方体2所形成的4个直角处，前后两侧各增加有一定厚度的三角形加强筋8，以增强十字加载工装结构受载的抗弯能力。
下面进一步对图2的工作过程进行描述。
如图2左侧1号发动机机架上的第一件十字型三向加力工装Ⅰ的下端通过φ72的通孔连接辅助工装实施向下加载，通过上下对称的2个φ27的通孔连接辅助加载工装实施向左加载，通过上下对称的前后各2个M30的螺纹孔连接辅助工装（图中只示出螺纹孔未示出辅助工装）来实施向前或向后方向加载。图2中右侧2号发动机机架常平座上的第二件十字型三向加力工装Ⅱ的结构形式类似，由于其周围产品的结构更复杂，同时向左侧载荷与发动机1向左侧载荷在同一平面内，为避免辅助加载工装之间发生相互干涉，以及避免辅助加载工装与机架和火箭舱体结构件发生相互干涉，因此，其上的φ27通孔和M30螺纹孔位置进行了调整，并且其辅助工装的形式也更为复杂，但必须确保每个方向的合力通过十字加载工装的中心。
本发明的试验装置已成功运用到捆绑火箭尾部组合飞行工况静力试验中，较好地完成了试验任务，对结构设计验证和改进设计提供了详尽有效的试验数据，说明了该试验装置较好地达到了预期目的。
Claims (8)
1.一种发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：包括中间部位两端为斜面的六面体（1）,中心垂直方向上下对称的两长方体（2），左右两斜面上各伸出一带台阶（4）的圆柱体（3）。
2.如权利要求1所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：中间部位两端斜面与铅垂面夹角与发动机机架常平轴轴线相对于水平面倾角相等。
3.如权利要求1或2所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述的左右两斜面上各伸出一带台阶（4）的圆柱体（3）的轴心通过所述装置中心，并且与两侧斜面垂直，该圆柱体（3）将安装到发动机机架的轴孔内，外侧台阶（4）起到限位作用。
4.如权利要求1所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述的中心垂直方向上下对称的两长方体（2）端部侧面各具有一个上下对称的通孔（5），用于安装施力机构，来施加轴向载荷。
5.如权利要求1或4所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述的中心垂直方向上下对称的两长方体（2）侧面通孔（5）内侧适当位置各具有一个上下对称的通孔（6），两孔联合使用，用于安装施力机构，实施向左或向右水平方向的加载。
6.如权利要求1所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述的中心垂直方向上下对称的两长方体（2）前后两面适当位置具有对称的螺纹孔（7），用于安装施力机构，实施前后水平方向的加载。
7.如权利要求4或5或6所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述安装施力机构的通孔或螺纹孔的具体大小、位置和数量，可根据试验件结构情况以及施力机构之间不相干涉同时又能确保三个方向的力或合力都通过所述装置中心为原则进行确定。
8.如权利要求1所述的发动机常平座十字形三向加力装置，其特征在于：所述六面体和两长方体所形成的四个直角处，前后两侧各增加有一定厚度的三角形加强筋，以增强十字加载工装结构受载的抗弯能力。
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