CN104668804B - 一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，包括过渡环、筒段；过渡环包括彼此相切且连接的直段部和曲段部，曲段部包括一端与箱底连接的箱底圆弧段、一端与箱底圆弧段另一端连接的相切圆弧段，相切圆弧段的另一端与相切直线段内壁相切连接；筒段包括焊接边段、环槽段、加厚区段、阶梯形过渡段、薄区段；焊接边段的内、外径与过渡环的等厚直线段的内、外径一致；环槽段的内径大于焊接边段的内径，外径小于焊接边段的外径；加厚区段的内径与焊接边段的内径一致，外径大于环槽段的外径；阶梯形过渡段包括沿该阶梯形过渡段的内壁自上而下布置、内径依次增大的若干个阶梯段。本发明的提高焊缝的承载能力50%；并且降低了成本。

Description

一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构
技术领域
本发明涉及火箭推进剂贮箱技术领域，具体涉及一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构。
背景技术
推进剂贮箱是液体导弹火箭中重要的部件之一，存贮推进剂，承受内压轴压等多种载荷。贮箱的箱底与筒段通过焊接连接成整体，在内压的作用下，贮箱箱底与筒段变形不协调，若采用现有的结构方案，将导致在焊缝处产生较大的弯距，降低结构承载能力。
现有的箱底与筒段对接结构，其过渡环内表面母线为两圆环相切，箱筒段仅包括焊接边和薄区，结构相对简单。
在新型运载火箭研制中，为了提高火箭效率，对结构重量提出了很高的要求，导致了筒段壁板的薄区、箱底薄区到达了极限状态，参照现有箱底与筒段对接结构开展的设计工作导致了试验失败。
工程上需要一种新型的箱底与筒段对接结构，以期在尽量降低结构重量的前提下，提高箱底与筒段对接焊缝的承载能力。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种新型箱底与筒段对接结构，消除现有箱底与筒段对接结构所带来的焊缝附加弯矩，实现箱底与筒段对接焊缝近似处于膜应力状态，提高了结构承载能力。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，所述箱底设有过渡环，该过渡环与所述筒段之间具 有对接环缝，对所述对接环缝进行焊接工艺，实现箱底与筒段的对接；
所述过渡环包括彼此相切且一体式连接的直段部和曲段部，所述直段部包括自上而下一体式连接的相切直线段和等厚直线段；所述曲段部包括一端与所述箱底连接的箱底圆弧段、一端与所述箱底圆弧段另一端一体式连接的相切圆弧段，所述相切圆弧段的另一端与所述相切直线段内壁一体式相切连接；
所述筒段包括自上而下依次一体式相接的焊接边段、环槽段、加厚区段、阶梯形过渡段、薄区段；所述焊接边段的内、外径与所述过渡环的等厚直线段的内、外径一致；所述环槽段的内径大于所述焊接边段的内径，外径小于所述焊接边段的外径；所述加厚区段的内径与所述焊接边段的内径一致，外径大于所述环槽段的外径；所述阶梯形过渡段包括沿该阶梯形过渡段的内壁自上而下布置、内径依次增大的若干个阶梯段；
所述对接环缝位于所述等厚直线段下端和所述焊接边段的上端之间。
所述等厚直线段的外径与所述相切直线段的外径一致，所述等厚直线段的内壁面与其外壁面的距离为d1，所述相切圆弧段与相切直线段相切处与所述相切直线段外壁面的距离为d2，(d1-d2)＝H1>0。
所述环槽段的上下延伸高度为W2，且W2大于等于40mm；所述加厚区段的上下延伸高度为W3，所述焊接边段的上下延伸高度为W1，W3为W1的1.5～4倍，W1为50mm；所述阶梯形过渡段的每个阶梯段的上下延伸高度均为W4，且W4为10～50mm。
所述焊接边段的壁厚T1与筒段纵缝的厚度相同；环槽段的壁厚T2为T1的0.4～0.6倍；加厚区段的壁厚T3与T1一致；所述薄区段的壁厚为T6；所述阶梯形过渡段的各个阶梯段的壁厚大于T6且小于T1。
本发明的有益效果：
本发明的箱底与筒段对接焊缝由原来的内外表面应力差距显著改进为内外表面基本一致，近似实现膜应力状态，提高该处焊缝的承载能力50％；且对现有的焊接工装没有影响，降低了改进成本。
附图说明
图1为火箭推进剂贮箱结构示意图；
图2为火箭推进剂贮箱箱底与筒段对接结构剖面图；
图3为图2中I局部视图；
图4为图2中II局部视图；
图5为现有的火箭推进剂贮箱箱底与筒段对接结构剖面图。
图中：1-过渡环，2-筒段，3-等厚直线段，4-相切圆弧段，5-箱底圆弧段，6-焊接边段，7-环槽段，8-加厚区段，9-阶梯形过渡段，10-薄区段，11-筒段纵缝，12-箱底，13-筒段壁板，14-原有过渡环，15-圆弧，16-对接环缝。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示的火箭推进剂贮箱，其包括箱底12、过渡环1、筒段2；过渡环1为轴对称环状结构；筒段2包括依次相接的多块筒段壁板13，相邻两块筒段壁板之间具有筒段纵缝11，经所述筒段纵缝11进行焊接工艺，从而形成一体的筒段2；
火箭推进剂贮箱在工作过程中承受内压，由于箱底12与筒段2在对接处存在曲率突变以及箱底12模数一般大于1.414，导致箱底12与筒段2对接焊缝附近存在附加弯距，从而使得焊缝的承载能力降低。
如图5所示，原有过渡环14是通过圆弧15实现与箱底母线和筒段相切， 一致延伸到与筒段2的对接环缝16处；
如图2、3所示，本发明一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，所述箱底12外端焊接有过渡环1，该过渡环1与所述筒段2之间具有对接环缝16，对所述对接环缝16进行焊接工艺，实现箱底12与筒段2的对接；
所述过渡环1包括彼此相切且一体式连接的直段部和曲段部，所述直段部包括自上而下一体式连接的相切直线段和等厚直线段3；所述曲段部包括一端与所述箱底12连接的箱底圆弧段5、一端与所述箱底圆弧段5另一端一体式连接的相切圆弧段4，所述相切圆弧段4的另一端与所述相切直线段内壁一体式相切连接；所述等厚直线段3的外径与所述相切直线段的外径一致，所述等厚直线段3的内壁面与其外壁面的距离为d1，所述相切圆弧段4与相切直线段相切处与所述相切直线段外壁面的距离为d2，(d1-d2)＝H1>0；所述等厚直线段3的高度为Z1；
所述筒段2包括自上而下依次一体式相接的焊接边段6、环槽段7、加厚区段8、阶梯形过渡段9、薄区段10；所述焊接边段6的内、外径与所述过渡环1的等厚直线段3的内、外径一致；所述环槽段7的内径大于所述焊接边段6的内径，外径小于所述焊接边段6的外径；所述加厚区段8的内径与所述焊接边段6的内径一致，外径大于所述环槽段7的外径；所述阶梯形过渡段9包括于该阶梯形过渡段9的内壁自上而下布置的上阶梯段和下阶梯段两个阶梯段，所述上阶梯段的内径小于所述下阶梯段内径；所述下阶段端下端与所述薄区段10一体式连接；
环槽段7的主要功能是改变薄区段10到对接环缝16的传力路线，并与等厚度直线段3及相切圆弧段4相互配合，降低对接环缝16的内外表面应力差，加厚区段8的功能是降低筒段2在对接环缝16的环向膨胀变形，减少附加弯距，阶梯形过渡段9的功能是实现薄区段10应力逐步扩散到加厚区段8， 减少应力集中，同时也使得筒段在阶梯形过渡段9的变形更合理。
所述对接环缝16位于所述等厚直线段3下端和所述焊接边段6的上端之间；
所述环槽段7的上下延伸高度为W2，且W2大于等于40mm；所述加厚区段8的上下延伸高度为W3，所述焊接边段6的上下延伸高度为W1，W3为W1的1.5～4倍，W1为50mm；所述阶梯形过渡段9的每个阶梯段的上下延伸高度均为W4，且W4为10～50mm；
焊接边段6的壁厚T1与筒段纵缝11的厚度相同；环槽段7的壁厚T2为T1的0.4～0.6倍；加厚区段8的壁厚T3与T1一致；所述薄区段10的壁厚为T6；所述上阶梯段的壁厚T4为T6的1.1～2倍；所述环槽段7的外壁面与所述焊接边段6的外壁面距离为H2；
尺寸H1、Z1、H2对对接环缝16的应力分布影响显著，且灵敏度很高，需要根据数值计算结果来确定，可采用参数优化的方法的确定。
以某型号5m直径火箭推进剂贮箱为例，在箱内压为0.7MPa时，给出的相关参数为：
尺寸 数值(mm) 尺寸 数值(mm)
H1 2 Z1 35
T1 8.5 W1 50
T2 4.5 W2 50
H2 4 / /
T3 8.5 W3 100
T4 6.2 W4 30
T5 4.8 / /
按照以上参数确定的结构方案，实现了在对接环缝16上下各25mm的内外表面应力相差不超过30MPa，存在两处内外表面相等的点，在对接环缝16 处形成了近似的膜应力状态。而图5所示的原有结构方案，内外表面的应力相差为160MPa，由此可见，本发明对对接环缝16处的应力进行了显著的改变，大幅度提高该处的承载能力，按照塑性判断，可以得到此处的承载能力可以提高50％。

Claims (4)

1.一种火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，所述箱底设有过渡环，该过渡环与所述筒段之间具有对接环缝，对所述对接环缝进行焊接工艺，实现箱底与筒段的对接；其特征在于：
所述过渡环包括彼此相切且一体式连接的直段部和曲段部，所述直段部包括自上而下一体式连接的相切直线段和等厚直线段；所述曲段部包括一端与所述箱底连接的箱底圆弧段、一端与所述箱底圆弧段另一端一体式连接的相切圆弧段，所述相切圆弧段的另一端与所述相切直线段内壁一体式相切连接；
所述筒段包括自上而下依次一体式相接的焊接边段、环槽段、加厚区段、阶梯形过渡段、薄区段；所述焊接边段的内、外径与所述过渡环的等厚直线段的内、外径一致；所述环槽段的内径大于所述焊接边段的内径，外径小于所述焊接边段的外径；所述加厚区段的内径与所述焊接边段的内径一致，外径大于所述环槽段的外径；所述阶梯形过渡段包括沿该阶梯形过渡段的内壁自上而下布置、内径依次增大的若干个阶梯段；
所述对接环缝位于所述等厚直线段下端和所述焊接边段的上端之间。
2.按照权利要求1所述的火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，其特征在于：所述等厚直线段的外径与所述相切直线段的外径一致，所述等厚直线段的内壁面与其外壁面的距离为d1，所述相切圆弧段与相切直线段相切处与所述相切直线段外壁面的距离为d2，(d1-d2)＝H1>0。
3.按照权利要求1所述的火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，其特征在于：所述环槽段的上下延伸高度为W2，且W2大于等于40mm；所述加厚区段的上下延伸高度为W3，所述焊接边段的上下延伸高度为W1，W3为W1的1.5～4倍，W1为50mm；所述阶梯形过渡段的每个阶梯段的上下延伸高度均为W4，且W4为10～50mm。
4.按照权利要求1所述的火箭推进剂贮箱的箱底与筒段的对接结构，其特征在于：所述焊接边段的壁厚T1与筒段纵缝的厚度相同；环槽段的壁厚T2为T1的0.4～0.6倍；加厚区段的壁厚T3与T1一致；所述薄区段的壁厚为T6；所述阶梯形过渡段的各个阶梯段的壁厚大于T6且小于T1。
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