CN103786905B - 一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，该支撑紧固装置包括下支架和上支架，所述下支架位于气瓶底部，与气瓶的圆柱端头端面用螺钉连接；所述上支架包括第一包带、第二包带和底座，所述第一包带与第二包带之间用螺栓连接，所述底座固定在航天器的结构侧板上，所述第一包带、第二包带和底座形成近似完整的环形部件，且所述第一包带、第二包带和底座与气瓶之间分别放置缓冲垫。本发明能够用较小的重量和空间代价，解决紧固与适应膨胀的矛盾，将圆柱形气瓶支撑、紧固在航天器主结构上，保证全生命周期内气瓶完好无损。

Description

一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置

技术领域

本发明属于机械零件技术领域，尤其涉及一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置。

背景技术

太空中对于气瓶的支撑、紧固装置设计与气瓶的形状、附近的结构形式、以及两者之间的位置关系相关。目前，航天器上对于圆柱加半球形气瓶支撑紧固方案分为两种：

方案1，用两根包带将气瓶圆柱段（即瓶身）勒紧，将包带固定在一个底座或某结构间上；在气瓶外表面与包带之间、气瓶外表面与支架之间通常要垫一层由毛毡或橡胶垫制成的衬垫，用于避免气瓶外表面与包带、支架间的硬接触，保护零件表面

方案2，不固定气瓶圆柱段，而是固定气瓶的两端（气瓶两半球面上留有专门设计的固定端），其中一端的六个自由度被彻底限制，另一端留有一个方向（一般为沿气瓶轴向）的自由度。

由于本项目中气瓶长度、膨胀特性以及气瓶与主结构位置关系的特殊性（气瓶上端高出主结构约400mm，充气时径向膨胀约3mm，轴向膨胀约5mm），以上两方案均存在一定的的缺点：

（1）方案1的缺点，需要包带的预紧力非常大，才能保证在经历发射环境的大过载下使气瓶维持在原位置，但预紧力过大会使气瓶充气过程中的径向或轴向膨胀变形无法释放，容易使气瓶或包带受损。

（2）方案2的缺点，虽然这种设计对气瓶膨胀的适应性较强，但由于本型号气瓶较长，其上端距离结构顶板很远，要固定上端且保持一个方向的自由度难度极大，付出的结构重量会很大，且还要占用较大的结构顶面空间，不可行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，能够用较小的重量和空间代价，解决紧固与适应膨胀的矛盾，将圆柱形气瓶支撑、紧固在航天器主结构上；而且能够减小气瓶充气过程中双向变形对外围包带的影响。

本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，包括下支架和上支架，所述下支架位于气瓶底部，与气瓶的圆柱端头用螺钉连接；所述上支架包括第一包带、第二包带和底座，所述第一包带与第二包带之间用螺栓连接，所述底座固定在航天器的结构侧板上，所述第一包带、第二包带和底座形成环形部件，且所述第一包带、第二包带和底座与气瓶之间分别放置缓冲垫。

进一步的，所述缓冲垫为硅橡胶。

进一步的，与气瓶的圆柱端头端面连接的螺钉为4个。

本发明的有益效果在于：

本发明能够用较小的重量和空间代价，解决了现有技术中航天器上对于圆柱加半球形气瓶支撑紧固方案中对气瓶轴向约束的不足和对膨胀适应性差的弱点，即解决了对气瓶紧固与其适应膨胀的矛盾。

本发明所采用的将圆柱形气瓶支撑、紧固在航天器主结构上的技术方案，能保证气瓶及航天器主结构气瓶在经历地面AIT过程中的充气环境、力学试验中的力学环境、上天飞行过程中和着陆过程中的力学环境后，始终完好。

本发明能够缓解气瓶双向变形对包带的影响，同时保证气瓶充气后包带对气瓶保持有一定的紧固载荷，使振动环境下气瓶与紧固装置形成整体，具有一定的刚度。

附图说明

图1是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置结构示意图；

图2是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置A向示意图；

图3是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置的缓冲垫示意图。

具体实施方式

图1是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置结构示意图；图2是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置A向示意图。如图1、图2所示，本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，包括下支架1和上支架2，所述下支架2位于气瓶底部，与气瓶的圆柱端头用4个螺钉连接，用于支撑气瓶，与气瓶沿轴向连接，限制三向移动和三向转动，限制气瓶各向自由度，承受气瓶的轴向载荷和部分径向载荷。

所述上支架2包括第一包带3、第二包带4和底座5，所述第一包带3与第二包带4之间用螺栓9连接，安装时对螺栓9施加一定预紧力矩，保证探测器装配场所内转运、长途运输、充气过程、发射过程、着陆过程中气瓶完好无损。所述第一包带3、第二包带4和底座5与气瓶之间分别放置缓冲垫8，充气后，气瓶双向膨胀，经缓冲垫8缓冲后将两个包带径向撑紧，气瓶轴向自由伸长。

所述底座5固定在航天器的结构侧板6上（结构侧板与结构顶板7相接），所述第一包带3、第二包带4和底座5形成环形部件，构成对气瓶上半部的约束，限制气瓶径向自由度，轴向方向平动自由度放开。

所述第一包带3、第二包带4和底座5与气瓶之间放置的缓冲垫8，用于缓冲气瓶充气过程中的膨胀。具体用于缓解气瓶的膨胀对两个包带产生的径向载荷，同时隔离了气瓶与两个包带的表面接触，避免气瓶轴向变形给两个包带带来的额外载荷，是整个气瓶支撑缓冲装置的关键部件。

缓冲垫8是一块具有一定厚度（如5mm）的长方形6144型硅橡胶，在长方形的硅橡胶上挖出一些特殊形状的孔（圆形），使有效接触面积占长方形总面积的20%，如图3所示，图3是本发明的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置的缓冲垫示意图。该缓冲垫首次安装时，两个包带受到预紧力将缓冲垫初步压实，气瓶充气膨胀时，缓冲垫被挤压，沿矩形四周向外变形，同时内部材料沿圆孔向内变形，缓解膨胀对包带的载荷（包带最大应力约为材料屈服应力的60%），但两个包带对气瓶又有一定的径向紧固力，同时气瓶也可沿轴向伸长。在这种状态下，可保证气瓶经历发射振动环境过程中与支撑紧固装置形成一体，使气瓶和主结构均完好无损。落月前，气瓶内气体释放，直径收缩，虽然径向紧固力下降，但落月时的冲击载荷主要沿轴向，因此不会使气瓶或结构受损。

上述方案中气瓶与上下支架构成的支撑紧固装置组成整体，承受振动时的径向、轴向载荷。该方案的工作过程如下：

安装下支架、上支架及属于它的缓冲垫，在上支架底座基础上安装包带（附缓冲垫），将气瓶放到指定位置，合拢包带（下述包带均指第一包带、第二包带），用螺栓将两个包带头部穿起来，施加预紧力矩1Nm，若需要不充气状态的长途运输，增加预紧力矩至2Nm，使气瓶牢固。若需充气，需将预紧力矩调整至1Nm。

充气后气瓶径向膨胀，缓冲垫被压缩变形，并将部分载荷传递给包带，使包带张紧在安全范围内，同时气瓶轴向变形。发射后经历主动段振动时，支撑紧固装置与气瓶形成整体承受各向载荷。在着陆前，气瓶内压力已经下降，径向变形减小，紧固力下降，着陆时主要由下支架承受着陆冲击，对径向紧固要求不高。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，其特征在于，该支撑紧固装置包括下支架和上支架，所述下支架位于气瓶底部，与气瓶的圆柱端头用螺钉连接；所述上支架包括第一包带、第二包带和底座，所述第一包带与第二包带之间用螺栓连接，所述底座固定在航天器的结构侧板上，所述第一包带、第二包带和底座形成环形部件，且所述第一包带、第二包带和底座与气瓶之间分别放置缓冲垫。

2.如权利要求1所述的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，其特征在于，支撑紧固方式为一端使用限制六自由度的4螺栓连接支架和气瓶端头的固定方式，另一端使用限制五自由度的包带紧固方式。

3.如权利要求1所述的能够适应气瓶双向变形的支撑紧固装置，其特征在于，所述包带与气瓶之间、底座与气瓶之间的缓冲垫为硅橡胶板。