CN104029828B - 一种探测器发动机隔热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测器发动机隔热装置，能够达到降低热流反射对发动机的影响的目的；该装置由两个完全相同的支架结构组装而成，采用半圆型法兰将该装置上端固定在探测器发动机顶端，且该法兰的上表面与侧面之间的夹角有一定的取值范围，并在法兰设置呈夹角为钝角的条形结构，即桁条并固定有连接环，即形成该装置的支架，在支架的中空区域贴合隔热材料后，便形成该装置。

Description

一种探测器发动机隔热装置

技术领域

本发明属于探测器隔热结构设计领域，具体涉及一种探测器发动机隔热装置。

背景技术

目前国内航天器上使用隔热屏的有卫星和飞船。卫星上所使用的隔热屏只适用于结构尺寸和推力相对较小的发动机，例如某卫星的轨控发动机为490N的发动机，由于小推力发动机的热流小，所以隔热屏多层单元的数量少，即隔热屏的尺寸小；由于发动机的安装位置比较开敞，隔热屏不需考虑反射热流对发动机的影响，且安装隔热屏时受发动机结构的限制较小。飞船上使用了4台推力大小为2500N的发动机，分为互为备份的两组，这样隔热屏的尺寸比较大，但由于发动机的安装位置比较开敞，所以大量的发动机热流会消散于真空环境中，所以隔热屏也不需考虑反射热流对发动机的影响。

探测器是我国首次在地球以外的星球实现软着陆的航天器，它配置一台7500N变推力发动机作为探测器的轨控发动机，这是目前国内航天器中使用过的尺寸和推力最大的发动机。但为了保证探测器有较好的着陆稳定性，就要求探测器的质心高度应尽量低，因此，该变推力发动机被布置在探测器的中间位置且深入至探测器内部。

由于发动机尺寸大，所以需要隔热屏尺寸较大，同时发动机被安装至探测器内部，还需考虑隔热屏反射热流对于发动机的影响。考虑到当探测器在月面着陆时，着陆冲击载荷大，因此对隔热屏支撑结构的强度和刚度要求高。此外，隔热屏还需起到对接框的保护作用，所以隔热屏需延伸到对接框的下沿，但这给探测器在总装过程中的操作过程带来了较大的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种探测器发动机隔热装置，能够达到降低热流反射对发动机的影响的目的。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

该装置由两个完全相同的框架结构组装而成，包括左支架结构和右支架结构，每个支架结构包括支架、顶部隔热屏、喉部隔热屏、第一隔热屏裙和第二隔热屏裙，顶部隔热屏为半圆形，喉部隔热屏、第一隔热屏裙和第二隔热屏裙均为扇形结构；其中：

支架包括半圆型法兰、上部连接环、中部连接环、底部连接环、6根桁条、对接耳片和连接耳片。支架的材料牌号为LF6。半圆型法兰上表面与其侧面之间的夹角为的取值范围为上部连接环、中部连接环和底部连接环均为半圆周状。对接耳片为呈夹角的片状结构，一端为对接连接端，在对接连接端开有两个通孔，另一端为桁条连接端，在桁条连接端开有两列等间距的通孔，每列通孔的个数为3个。

桁条为呈夹角为钝角的条形结构，桁条夹角为157.1°，桁条的末端通过对接耳片和螺钉被固定在外部对接环的上表面，具体为：对接耳片的桁条连接端上任意两行的通孔和桁条末端的通孔对齐，且穿有螺钉。每个对接耳片对接连接端也采用螺钉固定的方式，使得对接耳片被固定在对接环上。

桁条为中空减重结构，桁条的末端开有4个通孔。半圆型法兰、上部连接环、中部连接环和底部连接环的两端外侧均设有连接耳片。半圆型法兰的上表面均布有8个耳片，用于穿入螺钉并使得该装置被设置在探测器发动机外围。

所述隔热屏的材料为电解镍箔、高硅氧玻璃布或硅酸铝布。隔热屏的厚度为15mm。第二隔热屏裙为可拆卸结构，当探测器与对接环安装完成后，将第二隔热屏裙安装到位。该装置内部各组成部件的连接关系为：

6根桁条的上端均布在水平设置的半圆型法兰侧面，且呈放射状分布，上部连接环被设置在桁条上端与桁条夹角之间，中部连接环被设置在桁条夹角处，底部连接环被设置在桁条夹角与桁条末端之间，且使得各连接环中心与半圆型法兰中心在同一垂线上。

半圆型法兰的下表面通过螺钉固定有所述顶部隔热屏，且使得顶部隔热屏完全覆盖该半圆型法兰的中空区域。在半圆型法兰与中部连接环之间的区域安装有喉部隔热屏，并使得喉部隔热屏紧贴于所有桁条、上部连接环和中部连接环的内侧。在中部连接环与底部连接环之间的空心区域安装有第一隔热屏裙，并使得第一隔热屏裙紧贴于所有桁条内侧。同样地，第二隔热屏裙设置在底部连接环和所有桁条的内侧。

左支架结构通过连接耳片和螺钉与右支架结构上相应的连接耳片连接后形成该装置。

有益效果：

(1)本发明所提供的装置由两个完全相同的支架结构组装而成，采用半圆型法兰将该装置上端固定在探测器发动机顶端，且该半圆型法兰的上表面与侧面之间的夹角有一定的取值范围，通过在法兰四周设置呈夹角为钝角的条形结构，即桁条并固定有连接环，这就形成了整个装置的支架，使得装置的构形呈放射状分布，在每个中空区域贴合隔热材料后，从而达到了降低热流反射对发动机的影响的目的。

(2)本发明所提供的装置在总装过程中，将具有对称结构的两部分的连接环耳片对齐并穿入螺钉固定，特别是将尾部隔热屏裙设计为可拆卸的，即在总装过程中，将探测器与对接环对接完成后，再将尾部隔热屏裙安装到位，这样避免了在总装过程中对隔热屏的意外损伤，从而达到了提高安装的便捷性的目的。

附图说明

图1为本发明所提供的隔热屏装置的支架结构示意图；

图2为本发明所提供的装置图；

图3为本发明所提供的剖面图Ⅰ；

图4为本发明所提供的剖面图Ⅱ；

其中，1-半圆型法兰，2-上部连接环，3-中部连接环，4-底部连接环，5-桁条，51-上桁条，52-下桁条，6-对接耳片，7-喉部隔热屏，8-第一隔热屏裙，9-第二隔热屏裙，10-连接耳片，11-对接环。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种探测器发动机隔热装置，该装置被布置在探测器发动机外围，且被安装在对接环11的上表面，该装置由两个完全相同的框架结构组装而成，包括左支架结构和右支架结构，组装方式为耳片螺钉连接方式。每个支架结构包括支架、顶部隔热屏、喉部隔热屏7、第一隔热屏裙8和第二隔热屏裙9。顶部隔热屏为半圆形，喉部隔热屏7、第一隔热屏裙8和第二隔热屏裙9均为扇形结构，隔热屏采用高反射率材料，如电解镍箔、高硅氧玻璃布或硅酸铝布，隔热屏厚度为15mm，如图2所示。

图1示出了支架示意图，支架材料牌号选用LF6，支架包括半圆型法兰1、上部连接环2、中部连接环3、底部连接环4、6根桁条5、对接耳片6和连接耳片10。半圆型法兰1上表面与其侧面之间的夹角记为半圆型法兰1的上部扩张角度，的取值范围为上部连接环2、中部连接环3和底部连接环4均为半圆周状。上部连接环2的圆周半径为150m，中部连接环3的圆周半径为400m，底部连接环4的圆周半径为847.5m。

桁条5的整体为呈夹角为钝角的条形结构，桁条5的末端通过对接耳片6和螺钉被固定在外部对接环11的上表面。桁条5为中空减重结构，对图2所示的桁条5横剖可得到桁条5的横剖面图，如图3所示，桁条5的横剖面为帽型，即其外表面呈外凸状，这样可以减少整个装置的重量。桁条5包括上桁条51和下桁条52，上桁条51和下桁条52之间的夹角θ为157.1°，上桁条51长为568mm，下桁条52的长为564mm。下桁条52的末端安装有对接耳片6，如图2所示，对接耳片6为呈夹角的片状结构，一端为对接连接端，在对接连接端开有两个通孔，另一端为桁条连接端，在桁条连接端开有两列等间距的通孔，每列通孔的个数为3个。

半圆型法兰1、上部连接环2、中部连接环3和底部连接环4的两端外侧均设有连接耳片10。半圆型法兰1的上表面均布有8个耳片，用于穿入螺钉并使得该装置被设置在探测器发动机外围。该装置内部各组成部件的连接关系为：

6根桁条5的上端均布在半圆型法兰1的侧面，且呈放射状分布，上部连接环2被设置在上桁条51处，且距桁条5的上端为288mm，中部连接环3被设置在桁条5的夹角处，且使得上部连接环2和中部连接环3的中心与半圆型法兰1的中心在同一垂线上。在距下桁条52末端306mm处的下桁条52处设有底部连接环4，且使得底部连接环4的中心与半圆型法兰1的中心在同一垂线上。桁条5分别与半圆型法兰1以及各连接环的安装方式为铆钉连接方式。每个桁条5的末端通过1个对接耳片6和螺钉被安装在外部对接环11的上表面，具体为：对接耳片6的桁条连接端上任意两行的通孔和桁条5末端的通孔对齐，且穿有螺钉，使得桁条连接端被固定在下桁条52末端的背面，如图4所示。每个对接耳片6对接连接端也采用螺钉固定的方式，使得对接耳片6被固定在对接环11上。

半圆型法兰1的下表面通过螺钉固定有顶部隔热屏，且使得顶部隔热屏完全覆盖该半圆型法兰1的中空区域。在半圆型法兰1与中部连接环3之间的区域安装有喉部隔热屏7，并使得喉部隔热屏7紧贴于所有桁条5、上部连接环2和中部连接环3的内侧。在中部连接环3与底部连接环4之间的空心区域安装有第一隔热屏裙8，并使得第一隔热屏裙8紧贴于所有桁条5内侧。同样地，第二隔热屏裙9通过螺钉被固定在底部连接环4和所有桁条5的内侧。上述螺钉均为M3型号的。

该装置任一对称结构部分的半圆型法兰1、上部连接环2、中部连接环3和底部连接环4的连接耳片10分别与该装置另一部分相应连接耳片10相贴合，并通过M4型号螺钉连接，这样就完成了对两个支架结构的组装，最终形成本发明所提供的装置。

在实际安装过程中，由于隔热屏的材料脆，考虑到整个桁条5的折角形状，将第二隔热屏裙9设计为可拆卸的。在探测器的总装阶段，除了第二隔热屏裙9之外，首先将该装置的其他部件都安装到位，当探测器与对接环11对接完成后，再将第二隔热屏裙9安装到位，这样避免了总装过程中由于第二隔热屏裙9损伤而降低隔热效果。

半圆型法兰1的上部扩张角度的选取原则为：若取90°，则喉部隔热屏7与发动机之间的空间区域过小，这样会使得热流直接反射回至发动机，从而对发动机产生影响，为了降低热流反射对发动机的影响，取大于90°，而当过大时，喉部隔热屏7对热流的反射作用小，即喉部隔热屏7所提供的反射面小，经多次试验得到，应小于135°，因此，半圆型法兰1的上部扩张角度的取值范围为：

由于发动机产生热量的区域为喉部隔热屏7所覆盖的区域，而发动机热量从喉部隔热屏7所覆盖的区域排出后，为了使得喉部隔热屏7尾端的探测器部分不受到热流的影响，将桁条5设计为折角状，即下桁条52向外扩，这样能起到阻隔作用。经多次试验，确定上桁条51和下桁条52之间的夹角θ为157.1°。

该装置的工作原理为：当探测器发动机开启后，发动机所产生的热量会充满本发明所提供装置与发动机之间的空间区域，由于该装置的构形呈放射状分布，这使得发动机热量不会堆积在该空间区域而会逐渐向外扩散至真空环境中，这样，该装置在起到除阻隔发动机热量对探测器的影响之外，还降低了热流反射对发动机的影响。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，该装置由两个完全相同的框架结构组装而成，包括左支架结构和右支架结构，每个支架结构包括支架、顶部隔热屏、喉部隔热屏(7)、第一隔热屏裙(8)和第二隔热屏裙(9)，顶部隔热屏为半圆形，喉部隔热屏(7)、第一隔热屏裙(8)和第二隔热屏裙(9)均为扇形结构；其中：

所述支架包括半圆型法兰(1)、上部连接环(2)、中部连接环(3)、底部连接环(4)、6根桁条(5)、对接耳片(6)和连接耳片(10)；半圆型法兰(1)上表面与其侧面之间的夹角为的取值范围为上部连接环(2)、中部连接环(3)和底部连接环(4)均为半圆周状；桁条(5)为呈夹角为钝角的条形结构，桁条(5)的末端通过对接耳片(6)和螺钉被固定在外部对接环(11)的上表面；桁条(5)为中空减重结构；半圆型法兰(1)、上部连接环(2)、中部连接环(3)和底部连接环(4)的两端外侧均设有连接耳片(10)；

该装置内部各组成部件的连接关系为：

6根桁条(5)的上端均布在水平设置的半圆型法兰(1)侧面，且呈放射状分布，上部连接环(2)被设置在桁条(5)上端与桁条(5)夹角之间，中部连接环(3)被设置在桁条(5)夹角处，底部连接环(4)被设置在桁条(5)夹角与桁条(5)末端之间，且使得各连接环中心与半圆型法兰(1)中心在同一垂线上；

半圆型法兰(1)的下表面通过螺钉固定有所述顶部隔热屏，且使得顶部隔热屏完全覆盖该半圆型法兰(1)的中空区域；在半圆型法兰(1)与中部连接环(3)之间的区域安装有喉部隔热屏(7)，并使得喉部隔热屏(7)紧贴于所有桁条(5)、上部连接环(2)和中部连接环(3)的内侧；在中部连接环(3)与底部连接环(4)之间的空心区域安装有第一隔热屏裙(8)，并使得第一隔热屏裙(8)紧贴于所有桁条(5)内侧；同样地，第二隔热屏裙(9)设置在底部连接环(4)和所有桁条(5)的内侧；

所述左支架结构通过连接耳片(10)和螺钉与右支架结构上相应的连接耳片(10)连接后形成该装置。

2.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述第二隔热屏裙(9)为可拆卸结构，当探测器与对接环(11)安装完成后，将第二隔热屏裙(9)安装到位。

3.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述半圆型法兰(1)的上表面均布有8个耳片，用于穿入螺钉并使得该装置被设置在探测器发动机外围。

4.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述桁条(5)的夹角为157.1°，桁条(5)的末端开有4个通孔。

5.如权利要求3所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述对接耳片(6)为呈夹角的片状结构，一端为对接连接端，在对接连接端开有两个通孔，另一端为桁条连接端，在桁条连接端开有两列等间距的通孔，每列通孔的个数为3个；

所述桁条(5)末端通过对接耳片(6)和螺钉被安装在外部对接环(11)的上表面，具体为：对接耳片(6)的桁条连接端上任意两行的通孔和桁条(5)末端的通孔对齐，且穿有螺钉；每个对接耳片(6)对接连接端也采用螺钉固定的方式，使得对接耳片(6)被固定在对接环(11)上。

6.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述支架的材料牌号为LF6。

7.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述顶部隔热屏、喉部隔热屏(7)、第一隔热屏裙(8)和第二隔热屏裙(9)的材料为电解镍箔、高硅氧玻璃布或硅酸铝布。

8.如权利要求1所述的一种探测器发动机隔热装置，其特征在于，所述顶部隔热屏、喉部隔热屏(7)、第一隔热屏裙(8)和第二隔热屏裙(9)的厚度为15mm。